JP2014190314A - 風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ダクト内空間への外気の取り込みを効率的に行いうる風力発電装置を提供する。
【解決手段】風力発電装置は、ナセルと、前記ナセルに設置された機器と、前記ナセルの壁面に設けられたダクト入口およびダクト出口を有し、前記ナセルの内部空間から独立したダクト内空間を前記ダクト入口と前記ダクト出口との間に形成する冷却ダクトとを備える。前記冷却ダクトは、前記ダクト入口からフィルタを介さずに取り込まれた外気を前記ダクト内空間に位置する前記機器の冷却対象部に導くように構成される。前記ダクト入口は、前記冷却対象部よりも低い位置に設けられる。
【選択図】 図２Ａ

Description

本発明は、ナセルに設置された機器（例えば、発電機、油圧トランスミッション、変圧器、コンバータ、制御盤等）の冷却機能を備えた風力発電装置に関する。

近年、地球環境の保全の観点から、再生可能エネルギーの一つである風力を利用した風力発電装置の普及が進んでいる。風力発電装置は、発電効率を向上させるために大型化が進められている。特に、洋上に設置される風力発電装置は、陸上に設置される風力発電装置に比べて建設コストが高くなりがちであるから、大型化によって発電効率を向上させて、採算性を改善することが求められる。

ところが、風力発電装置の大型化により発電機の出力が増加すると、発電機からの放熱量も大きくなる。また、油圧ポンプ及び油圧モータを組み合わせた油圧トランスミッションによってロータの回転を発電機に伝達するようにした風力発電装置では、発電機の放熱に加えて、油圧トランスミッションからの放熱も考慮しなければならない。そのため、発電機や油圧トランスミッション等の機器の効率的な冷却機能を備えた風力発電装置の開発が望まれる。

この点、特許文献１には、発電機のコイルを冷却するための冷却システムを備えた風力発電装置が記載されている。この冷却システムは、吸気口からフィルタを介して冷却ダクトに取り込んだ外気により、発電機のコイルを冷却するように構成されている。

米国特許第７４２７８１４号明細書

しかしながら、風力発電装置の大型化に伴い、ナセル内の機器からの放熱量はますます増加する傾向にある。この点、特許文献１に記載の風力発電装置では、フィルタを介して冷却ダクトに外気を取り込むため、フィルタの圧力損失に起因して冷却ダクト内への外気の取り込み量が不足し、冷却能力が十分に得られないことがある。

本発明の少なくとも一実施形態の目的は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、ダクト内空間への外気の取り込みを効率的に行いうる風力発電装置を提供することである。

本発明の少なくとも一実施形態に係る風力発電装置は、
ナセルと、
前記ナセルに設置された機器と、
前記ナセルの壁面に設けられたダクト入口およびダクト出口を有し、前記ナセルの内部空間から独立したダクト内空間を前記ダクト入口と前記ダクト出口との間に形成する冷却ダクトとを備え、
前記冷却ダクトは、前記ダクト入口からフィルタを介さずに取り込まれた外気を前記ダクト内空間に位置する前記機器の冷却対象部に導くように構成され、
前記ダクト入口は、前記冷却対象部よりも低い位置に設けられたことを特徴とする。

上記風力発電装置によれば、ナセルの内部空間から独立したダクト内空間がダクト入口とダクト出口との間に形成されるため、ダクト内空間に求められる清浄度を、ナセルの内部空間に求められる清浄度とは独立して管理することができる。そのため、ダクト内空間へのフィルタの設置を省略でき、ダクト入口からフィルタを介さずに外気を効率的に取り込むことができる。従って、冷却ダクトを小型化しつつ、ダクト内空間への外気の取り込み量を増大させることができる。また、ダクト入口からフィルタを介さずに外気を取り込んでも、ダクト内空間に位置する冷却対象部よりもダクト入口が低い位置に設けられているため、ダクト入口から侵入した水の冷却対象部への到達を防止できる。このように、ナセル内の機器の冷却対象部への水の到達を防止しつつ、ダクト入口からフィルタを介さずに外気を取り込むことで、冷却対象部を効果的に冷却することが可能となる。

幾つかの実施形態では、前記ダクト入口と前記冷却対象部の間において前記冷却ダクトの内壁面から突出するように設けられ、前記ダクト入口から前記ダクト内空間に侵入する水を遮るためのセパレータをさらに備えていてもよい。

このように、冷却ダクトの内壁面から突出するようにセパレータを設けることにより、フィルタを設けることなく、冷却対象部への水の到達を効果的に防止することができる。

幾つかの実施形態では、風を受けて回転するように構成されたロータと、前記ナセルに設置され、前記ロータの回転エネルギーを電力に変換するための発電機とをさらに備え、
前記冷却対象部は前記発電機の放熱部であってもよい。

近年、風力発電装置の大型化に伴って、発電機からの放熱量も増大傾向にある。上記実施形態においては、フィルタを介さずに外気を取り込むことでダクト内部空間への外気の取り込み量を増大させ、放熱量の大きな発電機であっても効果的に冷却することができる。

幾つかの実施形態では、前記ナセル内に配置され、前記ロータに連結されたメインシャフトをさらに備え、前記発電機は、前記メインシャフトの側方において、前記メインシャフトと前記ナセルの側面との間に配置され、前記ダクト入口及び前記ダクト出口は、前記ナセルの前記側面に設けられていてもよい。

このように、発電機がメインシャフトの側方においてメインシャフトとナセルの側面との間に配置されている場合、ダクト入口及びダクト出口をナセルの側面に設けることで、メインシャフト側方のスペースを有効活用することができる。これにより、ナセル内における冷却ダクト全体のレイアウトを効率化することができる。

幾つかの実施形態では、前記発電機の発電機シャフトは、前記メインシャフトに沿って延在しており、前記冷却ダクトは、前記ダクト入口から前記冷却対象部の高さまで上昇する第１ダクト部と、ベンド部を介して前記第１ダクト部に繋がり、前記ベンド部から前記冷却対象部を通過するように前記発電機シャフトに沿って延在する第２ダクト部とを含むように構成してもよい。

このように、ダクト入口から冷却対象部の高さまで上昇する第１ダクト部を有することにより、冷却対象部への水の到達を効果的に抑制することができる。また、第２ダクト部がベンド部を介して第１ダクト部に繋がっているため、冷却対象部への水の到達をより効果的に抑制することができる。そして、ベンド部から冷却対象部に向かって発電機シャフトに沿って第２ダクト部が延在することで、発電機シャフトに沿った方向に長尺な発電機を用いる場合に冷却対象部とダクト内空間との間の十分な伝熱面積の確保が容易となり、発電機の冷却効率を向上することができる。

幾つかの実施形態では、前記メインシャフトによって駆動されて圧油を生成するように構成された油圧ポンプと、前記発電機シャフトに連結されるモータシャフトを有し、前記圧油によって駆動されるように構成された油圧モータとをさらに備え、前記油圧モータは、前記ナセルの前記内部空間において前記発電機の後方に配置され、前記冷却ダクトは、前記油圧モータの上方において前記モータシャフトに沿って延在し、前記第２ダクト部と前記ダクト出口との間を繋ぐ第３ダクト部をさらに含むよう構成してもよい。

メインシャフトの回転エネルギーを油圧ポンプ及び油圧モータを介して発電機に伝える構成においては、油圧ポンプと油圧モータとは、機械的に直接接続されるのではなく、油圧配管を介して接続される。そのため、油圧ポンプに対する油圧モータの相対的位置を自由に選択することができる。これにより、メインシャフト及び油圧ポンプの位置によらず、油圧モータ及び発電機を自由にレイアウトできる。従って、メインシャフトとナセルの側面の間に発電機が位置し、油圧モータが発電機の後方に位置するような上記配置の実現が容易になる。この場合において、ダクト入口及び出口をナセル側面に設ければ、冷却ダクト全体のレイアウトを効率化しやすい。また、冷却ダクトが、油圧モータの上方においてモータシャフトに沿って延在して第２ダクト部とダクト出口との間を繋ぐ第３ダクト部を含むように構成することで、ダクト入口とダクト出口を離れた位置に配置することができる。これにより、ダクト入口とダクト出口との間のスペースを利用して、ナセルの内部空間の換気に用いられる吸気口等、発電機の冷却以外の目的に用いられる吸気口をナセルに設けることが容易になる。

幾つかの実施形態では、前記冷却ダクトのうち少なくとも前記第３ダクト部は、変形可能なフレキシブル部を少なくとも一つ含むよう構成されていてもよい。

冷却ダクトには、様々な応力がかかる。例えば、ナセルの外壁が風圧で撓むことに伴ってかかる応力や、種々の振動に伴う応力、冷却ダクトの取り付け誤差による応力が挙げられる。また、冷却ダクトのうち第３ダクト部には、発電機を冷却した後の排気の熱による冷却ダクト自体の変形応力も加わる。そこで、上記実施形態のように、少なくとも第３ダクト部が変形可能なフレキシブル部を含むように構成されることで、これらの応力を吸収し、冷却ダクトの破損を効果的に抑制することが可能となる。

幾つかの実施形態では、各々の前記フレキシブル部の両側において前記冷却ダクトを支持するダクト支持部をさらに備えていてもよい。

これにより、フレキシブル部に冷却ダクトの重量がかからないため、フレキシブル部の破損を効果的に抑制することができる。

幾つかの実施形態では、前記発電機と前記油圧モータと前記冷却ダクトとのセットが前記メインシャフトの両側に一対設けられていてもよい。

これにより、前記発電機と前記油圧モータと前記冷却ダクトとのセットを一セットに集約した場合と比較して、発電機の冷却効率を高めつつ、ナセル内のレイアウトを効率化することができる。

幾つかの実施形態では、前記発電機は、前記ダクト内空間から隔離された発電機内空間に設けられた発電機コイルと、前記ダクト内空間に設けられ、前記放熱部を形成する冷却リブとを含むよう構成されていてもよい。

これにより、発電機の冷却はダクト内空間に設けられた冷却リブを介して行われるので、ダクト内空間から隔離された発電機内空間に設けられた発電機コイルは外気による腐食を抑制することができる。特に、風力発電装置が洋上に設置される場合（即ち洋上風力発電装置の場合）、塩分を含む腐食性の高い外気がダクト内空間に取り込まれることになるから、外気による発電機コイルの腐食を抑制できることは有益である。

幾つかの実施形態では、前記ダクト出口は、前記ダクト入口よりも風下側に位置し、前記ナセルの壁面には、前記ダクト出口よりも風上側において、前記ナセルの内部空間の冷却用外気を取り込むための吸気口が設けられていてもよい。

これにより、発電機の冷却対象部との熱交換により温度上昇し、ダクト出口から排出される排気が、ナセルの内部空間の冷却用外気を取り込むための吸気口やダクト入口に取り込まれることを抑制することができる。従って、ナセルの内部空間及び発電機を効率的に冷却することができる。

幾つかの実施形態では、前記ダクト内空間に設けられ、前記ダクト入口からの前記外気の取り込み量を増大させるためのファンをさらに備えていてもよい。これにより、発電機の冷却対象部の冷却効率を高めることができる。

幾つかの実施形態では、前記ダクト出口に設けられ、前記ダクト内空間における圧力と外圧との圧力差によって開くように構成されたルーバをさらに備えていてもよい。これにより、ダクト出口の配置によらず、ダクト出口からダクト内空間への水の浸入を抑制することができる。

幾つかの実施形態では、前記ダクト出口に設けられたサイレンサをさらに備えていてもよい。これにより、ダクト出口からの騒音を抑制することができる。

前記ダクト出口は、前記ナセルの前記壁面のうち側面、上面または下面に設けられていてもよい。このように、ダクト出口の配置は、ナセル内の他の機器の配置に応じて適宜設定すればよい。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、ナセルの内部空間から独立したダクト内空間がダクト入口とダクト出口との間に形成されるため、ダクト内空間へのフィルタの設置を省略でき、ダクト入口からフィルタを介さずに外気を効率的に取り込むことができる。従って、冷却ダクトを小型化しつつ、ダクト内空間への外気の取り込み量を増大させることができる。また、ダクト入口からフィルタを介さずに外気を取り込んでも、ダクト内空間に位置する冷却対象部よりもダクト入口が低い位置に設けられているため、ダクト入口から侵入した水の冷却対象部への到達を防止できる。このように、ナセル内の機器の冷却対象部への水の到達を防止しつつ、ダクト入口からフィルタを介さずに外気を取り込むことで、冷却対象部を効果的に冷却することが可能となる。

一実施形態に係る風力発電装置の全体構成を示す図である。 一実施形態に係る風力発電装置の具体的構成例を示す斜視図である。 一実施形態に係る風力発電装置の具体的構成例を示す平面図である。 一実施形態に係る風力発電装置の具体的構成例を示す正面図である。 一実施形態に係る風力発電装置の具体的構成例を示す側面図である。 一実施形態に係るダクト出口の断面図である。 一実施形態に係る風力発電装置の具体的構成例を示す正面図である。

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は、一実施形態に係る風力発電装置１の概略を示す全体構成図である。図１に示す風力発電装置１は、タワー２と、タワー２の先端に設けられたナセル３と、風を受けて回転するように構成されたロータ４と、ドライブトレインを構成する油圧ポンプ５及び油圧モータ６と、油圧モータ６に連結された発電機７とを有する。

なお、他の実施形態では、ドライブトレインとしてのギヤ式増速機を介してロータ４と発電機７とが接続される。さらに別の実施形態では、発電機（同期発電機）７のロータ部がロータ４に直接接続される。

風力発電装置１において、ロータ４は、ブレード８及びハブ９で構成され、ハブ９は、ハブカバー（スピナー）１０によって覆われている。ロータ４には、メインシャフト１１を介して油圧ポンプ５が連結される。油圧ポンプ５には、高圧油ライン１２及び低圧油ライン１３を介して油圧モータ６が接続される。具体的には、油圧ポンプ５の出口が高圧油ライン１２を介して油圧モータ６の入口に接続され、油圧ポンプ５の入口が低圧油ライン１３を介して油圧モータ６の出口に接続される。油圧ポンプ５は、メインシャフト１１によって駆動されて作動油を昇圧し、高圧の作動油（圧油）を生成する。油圧ポンプ５で生成された圧油は高圧油ライン１２を介して油圧モータ６に供給され、この圧油によって油圧モータ６が駆動される。油圧モータ６で仕事をした後の低圧の作動油は、油圧モータ６の出口と油圧ポンプ５の入口との間に設けられた低圧油ライン１３を経由して、油圧ポンプ５に再び戻される。

油圧モータ６には、ロータ４の回転エネルギーを電力に変換するための発電機７が連結される。一実施形態では、発電機７は、油圧モータ６によって駆動される同期発電機であり、電力系統に連系される。メインシャフト１１、油圧ポンプ５、及び発電機７は、ナセル３内に設置されている。

次に、風力発電装置１について、図２Ａ〜図２Ｄを用いてより具体的に説明する。図２Ａは、風力発電装置１の具体的構成例を示す斜視図である。図２Ｂは、風力発電装置１の具体的構成例を示す平面図である。図２Ｃは、風力発電装置１の具体的構成例を示す正面図（風上側から見た図）である。図２Ｄは、風力発電装置１の具体的構成例を示す側面図である。

なお、図２Ｄにおいて、発電機７及び冷却ダクト１８の一部を断面で示している。

風力発電装置１には、ナセル３の内部空間１９に冷却用外気を取り込むための吸気口１４と、ナセル３の内部空間１９の空気を排出するための排気口１５と、ナセル３の内部空間１９の換気を促すための換気ファン１６とがナセル３の壁面に設けられている。吸気口１４には、ナセル３の内部空間１９の清浄度を高い水準に維持するためにフィルタ１７が設けられている。

また、風力発電装置１は、ナセル３に設置された機器の冷却対象部を冷却するための冷却ダクト１８を備えている。ここでは、ナセル３に設置された機器として発電機７を例に挙げ、冷却対象部として発電機７の放熱部たる冷却リブ２１を例に挙げて説明する。冷却ダクト１８は、ナセル３の壁面に設けられたダクト入口２２およびダクト出口２３を有し、ナセル３の内部空間１９から独立したダクト内空間２０（図２Ｃ参照）をダクト入口２２とダクト出口２３との間に形成する。また、冷却ダクト１８は、ダクト入口２２からフィルタを介さずに取り込まれた外気をダクト内空間２０に位置する冷却リブ２１に導くように構成されている。

このように、風力発電装置１においては、ナセル３の内部空間１９から独立したダクト内空間２０がダクト入口２２とダクト出口２３との間に形成されるため、ダクト内空間２０に求められる清浄度を、ナセル３の内部空間１９に求められる清浄度とは独立して管理することができる。そのため、ダクト内空間２０へのフィルタの設置を省略でき、ダクト入口２２からフィルタを介さずに外気を効率的に取り込むことができる。従って、冷却ダクト１８を小型化しつつ、ダクト内空間２０への外気の取り込み量を増大させることができる。

なお、ダクト入口からフィルタを介さずに外気を取り込む冷却ダクトを採用した場合、何も工夫しなければ、ダクト内空間に位置する冷却対象部（冷却リブ２１）まで水が到達するおそれがある。そこで、風力発電装置１においては、冷却対象部（冷却リブ２１）よりもダクト入口２２を低い位置に設けている。従って、ダクト入口２２からフィルタを介さずに外気を取り込んでも、ダクト内空間２０に位置する冷却リブ２１よりもダクト入口２２が低い位置に設けられているため、冷却対象部（冷却リブ２１）周辺の領域への水の侵入を防止することができる。

このように、風力発電装置１によれば、冷却対象部（冷却リブ２１）への水の到達を防止しつつ、ダクト入口２２からフィルタを介さずに外気を取り込むことで冷却リブ２１を効果的に冷却することが可能となる。

近年、風力発電装置の大型化に伴って発電機の放熱量は増大傾向にあるが、上述の冷却ダクト１８を用いれば、フィルタを介さずに外気を取り込むことでダクト内流量を増大させることができるので、放熱量の大きな発電機であっても効果的に冷却することができる。

幾つかの実施形態では、冷却ダクト１８には、ダクト入口２２からダクト内空間２０に侵入する水を遮るためのセパレータ２４が設けられる（図２Ｃ参照）。セパレータ２４は、ダクト入口２２と冷却リブ２１の間において冷却ダクト１８の内壁面から突出するように設けられている。

このようにセパレータ２４を設けることにより、ダクト内空間２０にフィルタを設けることなく、冷却対象部（発電機７の冷却リブ２１）への水の到達をより効果的に防止することができる。

なお、セパレータ２４は、冷却ダクト１８の内壁面における任意の位置に設けることができるが、図２Ｃに示すように特に冷却ダクト１８の下面から突出するように設けることでより効果的に水の侵入を遮ることができる。セパレータ２４は、冷却ダクト１８の内壁面の全周に亘って連続して設けられてもよいし、冷却ダクト１８の内壁面の一部に設けられてもよい。

風力発電装置１において、発電機７は、ロータ４に連結されたメインシャフト１１の側方において、メインシャフト１１とナセル３の側面３Ｂとの間に配置されている。また、油圧モータ６は、ナセル３の内部空間１９において発電機７の後方に配置されている。発電機７の発電機シャフト３０は、メインシャフト１１に沿って延在しており、油圧モータ６のモータシャフト３１と連結している。ダクト入口２２及びダクト出口２３は、ナセル３の側面３Ｂに設けられている。

このように、発電機７がメインシャフト１１の側方においてメインシャフト１１とナセル３の側面３Ｂとの間に配置されている場合、ダクト入口２２及びダクト出口２３をナセル３の側面３Ｂに設けることで、メインシャフト１１の側方のスペースを有効活用することができる。これにより、ナセル３内における冷却ダクト１８全体のレイアウトを効率化することができる。

特に、メインシャフト１１の回転エネルギーを油圧ポンプ５及び油圧モータ６を介して発電機７に伝える構成においては、油圧ポンプ５に対する油圧モータ６の相対的位置を自由に選択することができる。これにより、メインシャフト１１及び油圧ポンプ５の位置によらず、油圧モータ６及び発電機７を自由にレイアウトできる。従って、メインシャフト１１の側方において、メインシャフト１１とナセル３の側面３Ｂとの間に発電機７を配置する前述の構成を採用することが容易になる。

なお、メインシャフト１１は主軸受２５によって軸支されており、主軸受２５はナセル台板４０に取り付けられている。また、油圧ポンプ５、油圧モータ６、発電機７は、ナセル台板４０に固定されている。

冷却ダクト１８は、第１ダクト部２６、第２ダクト部２７、及び第３ダクト部２８を含むように構成されている。第１ダクト部２６は、メインシャフト１１の軸方向に直交する平面内において延在し、ダクト入口２２からメインシャフト１１に向かって進みながら冷却リブ２１の高さまで上昇するよう構成されている。第２ダクト部２７は、冷却リブ２１を通過するように発電機シャフト３０に沿って延在している。メインシャフト１１の軸方向に直交する平面内において延在する第１ダクト部２６と、発電機シャフト３０に沿って延在する第２ダクト部２７とは、ベンド部２９を介して互いに繋がっている。第３ダクト部２８は、油圧モータ６の上方においてモータシャフト３１に沿って延在し、第２ダクト部２７とダクト出口２３との間を繋ぐよう構成されている。

冷却ダクト１８の上記構成によれば、ダクト入口２２から冷却リブ２１の高さまで上昇する第１ダクト部２６により、ダクト入口２２から冷却リブ２１への水の侵入を効果的に抑制することができる。また、第２ダクト部２７がベンド部２９を介して第１ダクト部２６に繋がっているため、冷却リブ２１への水の到達をより効果的に抑制することができる。そして、ベンド部２９から冷却リブ２１を通過するように発電機シャフト３０に沿って第２ダクト部２７が延在することで、発電機シャフト３０に沿った方向に長尺な発電機７を用いる場合にダクト内空間２０と冷却リブ２１との間の十分な伝熱面積の確保が容易となり、発電機７の冷却効率を向上することができる。第３ダクト部２８が、油圧モータ６の上方においてモータシャフト３１に沿って延在し、第２ダクト部２７とダクト出口２３との間を繋ぐように構成されているため、ダクト入口２２とダクト出口２３とを十分に離して配置できる。これにより、ダクト入口２２とダクト出口２３との間のスペースを利用して、ナセル３の内部空間１９の換気に用いられる吸気口１４等、発電機７の冷却以外の目的に用いられる吸気口を設けることが容易になる。

また、冷却ダクト１８は、変形可能なフレキシブル部３２を含むよう構成されている。具体的には、第１ダクト部２６が一つのフレキシブル部３２を含むよう構成され、第３ダクト部２８が二つのフレキシブル部３２を含むよう構成されている。また、各々のフレキシブル部３２の両側において冷却ダクト１８を支持するダクト支持部３３が設けられており、第２ダクト部２７の下方に位置する発電機７のケーシングもダクト支持部として機能している。

冷却ダクト１８には、様々な応力がかかる。例えば、ナセル３の外壁が風圧で撓むことに伴ってかかる応力や、種々の振動に伴う応力、冷却ダクト１８の取り付け誤差による応力が挙げられる。そこで、上述のように、変形可能なフレキシブル部３２を少なくとも一つ含むように冷却ダクト１８を構成することで、これらの応力を吸収し、冷却ダクト１８の破損を効果的に抑制することが可能となる。特に第３ダクト部２８には、上述の応力に加えて、発電機７を冷却した後の排気の熱による冷却ダクト１８自体の変形応力がかかる。従って、冷却ダクト１８のうち少なくとも第３ダクト部２８に、少なくとも一つ（好ましくは複数）のフレキシブル部３２を設けることで、冷却ダクト１８の破損をより効果的に抑制することが可能となる。また、各々のフレキシブル部３２の両側にダクト支持部３３を設けたので、フレキシブル部３２に冷却ダクト１８の自重がかからないため、フレキシブル部３２の破損を効果的に抑制することができる。

風力発電装置１においては、発電機７と油圧モータ６と冷却ダクト１８とのセットがメインシャフト１１の両側に一対設けられている。これにより、発電機７と油圧モータ６と冷却ダクト１８とのセットを一セットに集約した場合と比較して、発電機７の冷却効率を高めつつ、ナセル３内のレイアウトを効率化することができる。

また、発電機７は、ダクト内空間２０から隔離された発電機内空間３４に設けられた発電機コイル３５と、ダクト内空間２０に設けられ、放熱部を形成する冷却リブ２１とを含むよう構成されている（図２Ｄ）。これにより、発電機７の冷却はダクト内空間２０に設けられた冷却リブ２１を介して行われるので、ダクト内空間２０から隔離された発電機内空間３４に設けられた発電機コイル３５は外気による腐食を低減することができる。

風力発電装置１において、ダクト出口２３は、ダクト入口２２よりも風下側に位置する。また、ナセル３の側面３Ｂには、図２Ｂ及び図２Ｄに示すように、ダクト出口２３よりも風上側において、ナセル３の内部空間１９の冷却用外気を取り込むための吸気口１４が設けられている。これにより、発電機７の冷却リブ２１との熱交換により温度上昇してダクト出口２３から排出される排気が、ナセル３の内部空間１９に冷却用外気を取り込むための吸気口１４やダクト入口２２に取り込まれることを抑制することができる。従って、ナセル３の内部空間１９及び発電機７を効率的に冷却することができる。

また、冷却ダクト８のダクト内空間２０には、ダクト入口２２からの外気の取り込み量を増大させるための冷却ファン３６が設けられている。これにより、発電機７の冷却リブ２１の冷却効率を高めることができる。

なお、冷却ファン３６は冷却ファン用モータ３７により駆動される。また、冷却ファン３６はダクト内空間２０の任意の位置に設けることができるが、第２ダクト部２７に設けることで冷却リブ２１をより効果的に冷却することができる。

また、ダクト出口２３にはルーバ３８が設けられている。ルーバ３８は、冷却ファン３６が駆動した時に開き、冷却ファン３６が停止すると閉じるように構成される。例えば、ルーバ３８は、ダクト内空間２０における圧力と外圧との圧力差によって開くように構成されている。これにより、ダクト出口２３の配置によらず、ダクト出口２３からの水の侵入を抑制することができる。

さらに、ダクト出口２３にはサイレンサ３９が設けられている。サイレンサ３９は、例えば、図３に示すように、グラスウール３９Ａ及び穴付きプレート（Ｐｅｒｆｏｒａｔｅｄ ｐｌａｔｅ）３９Ｂで構成される。これにより、ダクト出口２３からの騒音を抑制することができる。

なお、風力発電装置１においては、発電機７の放熱部（冷却リブ２１）を冷却ダクト１８により冷却する構成を示したが、ナセル内に設置された機器の冷却対象部としては、発電機７の放熱部に限らない。例えば、風力発電装置に設けられる油圧トランスミッション、変圧器、コンバータ、制御盤等の任意の発熱源を冷却対象部としてもよい。この場合においても、冷却ダクトのダクト入口を冷却対象部よりも低い位置に設け、ダクト入口からフィルタを介さずに取り込んだ外気を冷却対象部に導くことで、冷却対象部への水の到達を防止しつつ、冷却対象部を効果的に冷却することが可能となる。

また、風力発電装置１ではダクト入口２２及びダクト出口２３をナセル３の側面３Ｂに設けた例を示したが、ダクト入口２２及びダクト出口２３の位置は側面３Ｂでなくてもよい。ダクト入口２２は、例えば図４に示すようにナセル３の正面（風上側の面）３Ａに設けてもよく、ナセル３の下面３Ｄに設けてもよい。ダクト入口２２をナセル３の正面３Ａに設けた場合、ダクト入口２２からの取り込み量を大きくすることができ、ダクト入口２２をナセル３の下面３Ｄに設けた場合は、ダクト内空間２０への水の侵入を効果的に防止することができる。また、ダクト出口２３は、ナセル３の壁面のうち側面３Ｂ、上面３Ｃ、下面３Ｄ、背面３Ｅ（風下側の面）のいずれに設けてもよく、ナセル３内における他の機器の配置に応じて適宜配置すればよい。

なお、ダクト出口２３は、タワー２の基部における騒音レベル抑制の観点から、ナセル３の側面３Ｂや、ナセル３の上面３Ｃに設ける場合、ダクト内空間２０における圧力と外圧との圧力差によって開くように構成されたルーバ３８をダクト出口２３に設ければ、ダクト出口２３からの雨水等の侵入を効果的に防止できる。

１ 風力発電装置
２ タワー
３ ナセル
３Ａ 正面
３Ｂ 側面
３Ｃ 上面
３Ｄ 下面
３Ｅ 背面
４ ロータ
５ 油圧ポンプ
６ 油圧モータ
７ 発電機
８ ブレード
９ ハブ
１０ ハブカバー
１１ メインシャフト
１２ 高圧油ライン
１３ 低圧油ライン
１４ 吸気口
１５ 排気口
１６ 換気ファン
１７ フィルタ
１８ 冷却ダクト
１９ ナセルの内部空間
２０ ダクト内空間
２１ 冷却リブ（冷却対象部、放熱部）
２２ ダクト入口
２３ ダクト出口
２４ セパレータ
２５ 主軸受
２６ 第１ダクト部
２７ 第２ダクト部
２８ 第３ダクト部
２９ ベンド部
３０ 発電機シャフト
３１ モータシャフト
３２ フレキシブル部
３３ ダクト支持部
３４ 発電機内空間
３５ 発電機コイル
３６ 冷却ファン
３７ 冷却ファン用モータ
３８ ルーバ
３９ サイレンサ
４０ ナセル台板

Claims (15)

1. ナセルと、
   前記ナセルに設置された機器と、
   前記ナセルの壁面に設けられたダクト入口およびダクト出口を有し、前記ナセルの内部空間から独立したダクト内空間を前記ダクト入口と前記ダクト出口との間に形成する冷却ダクトとを備え、
   前記冷却ダクトは、前記ダクト入口からフィルタを介さずに取り込まれた外気を前記ダクト内空間に位置する前記機器の冷却対象部に導くように構成され、
   前記ダクト入口は、前記冷却対象部よりも低い位置に設けられたことを特徴とする風力発電装置。
2. 前記ダクト入口と前記冷却対象部の間において前記冷却ダクトの内壁面から突出するように設けられ、前記ダクト入口から前記ダクト内空間に侵入する水を遮るためのセパレータをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
3. 風を受けて回転するように構成されたロータと、
   前記ナセルに設置され、前記ロータの回転エネルギーを電力に変換するための発電機とをさらに備え、
   前記冷却対象部は前記発電機の放熱部であることを特徴とする請求項１又は２の何れか一項に記載の風力発電装置。
4. 前記ナセル内に配置され、前記ロータに連結されたメインシャフトをさらに備え、
   前記発電機は、前記メインシャフトの側方において、前記メインシャフトと前記ナセルの側面との間に配置され、
   前記ダクト入口及び前記ダクト出口は、前記ナセルの前記側面に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の風力発電装置。
5. 前記発電機の発電機シャフトは、前記メインシャフトに沿って延在しており、
   前記冷却ダクトは、
   前記ダクト入口から前記冷却対象部の高さまで上昇する第１ダクト部と、
   ベンド部を介して前記第１ダクト部に繋がり、前記ベンド部から前記冷却対象部を通過するように前記発電機シャフトに沿って延在する第２ダクト部とを含むことを特徴とする請求項４に記載の風力発電装置。
6. 前記メインシャフトによって駆動されて圧油を生成するように構成された油圧ポンプと、
   前記発電機シャフトに連結されるモータシャフトを有し、前記圧油によって駆動されるように構成された油圧モータとをさらに備え、
   前記油圧モータは、前記ナセルの前記内部空間において前記発電機の後方に配置され、
   前記冷却ダクトは、前記油圧モータの上方において前記モータシャフトに沿って延在し、前記第２ダクト部と前記ダクト出口との間を繋ぐ第３ダクト部をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の風力発電装置。
7. 前記冷却ダクトのうち少なくとも前記第３ダクト部は、変形可能なフレキシブル部を少なくとも一つ含むことを特徴とする請求項６に記載の風力発電装置。
8. 各々の前記フレキシブル部の両側において前記冷却ダクトを支持するダクト支持部をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の風力発電装置。
9. 前記発電機と前記油圧モータと前記冷却ダクトとのセットが前記メインシャフトの両側に一対設けられたことを特徴とする請求項６乃至８の何れか一項に記載の風力発電装置。
10. 前記発電機は、
    前記ダクト内空間から隔離された発電機内空間に設けられた発電機コイルと、
    前記ダクト内空間に設けられ、前記放熱部を形成する冷却リブとを含むことを特徴とする請求項３乃至９の何れか一項に記載の風力発電装置。
11. 前記ダクト出口は、前記ダクト入口よりも風下側に位置し、
    前記ナセルの壁面には、前記ダクト出口よりも風上側において、前記ナセルの内部空間の冷却用外気を取り込むための吸気口が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の風力発電装置。
12. 前記ダクト内空間に設けられ、前記ダクト入口からの前記外気の取り込み量を増大させるためのファンをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載の風力発電装置。
13. 前記ダクト出口に設けられ、前記ダクト内空間における圧力と外圧との圧力差によって開くように構成されたルーバをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１２の何れか一項に記載の風力発電装置。
14. 前記ダクト出口に設けられたサイレンサをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか一項に記載の風力発電装置。
15. 前記ダクト出口は、前記ナセルの前記壁面のうち側面、上面または下面に設けられることを特徴とする請求項１乃至１４の何れか一項に記載の風力発電装置。

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