JP2018531343A6 - 空冷式オイルタンク及び空冷式オイルタンクを備える風力エネルギーシステム - Google Patents

Abstract

空冷式オイルタンク10は、内部に冷却空気を導くように設計され、実質的に同じ直径を有するとともに、オイルタンク10を通って延在する複数のパイプ20を備え、第2のパイプ30が、内部に冷却空気を導くように設計され、オイルタンク10を通って延在するとともに、その直径内にファン40が配置され、第2のパイプ30の直径は、第1のパイプ20の直径よりも大きいことを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、オイルタンクを通り、冷却空気を導くように設計された、本質的に同一の直径を有する複数のパイプラインを備える空冷式オイルタンクに関する。本発明はまた、空冷式オイルタンクを備える風力エネルギーシステムに関する。

最初に述べた空冷式オイルタンクは、例えば、特許文献1から既知である。この既知のオイルタンクは、特に、作動油を収容するように設計され、タンクの外部に配置されたファンによって、冷却空気が、長手方向にオイルタンクを通るパイプライン内に圧送されるようにして、作動油が冷却される。

特許文献1は、水冷式の作動油タンクと比較した場合、水回路のための熱交換器と水回路の汚染のリスクとが排除されることが有利であると決定付けている。したがって、空冷式オイルタンクは、それほど複雑でなく、その安全性及び損傷性の観点で製造がより容易である。

最後に挙げた考慮点に起因して、潤滑油及び作動油の空冷は、風力エネルギーシステムに用いることも好ましい。例えば、特許文献2は、オイルの閉回路がオイルタンクと熱交換器との間に形成される風力エネルギーシステムを示している。ここでは、冷却空気の開回路において、詳細は明記されていないが熱交換器が導入され、空冷が行われる。

異なる空冷式風力エネルギーシステムが、例えば、特許文献3に開示されている。更なる熱交換器が、例えば、特許文献4から既知である。

基本的に、追加の熱交換器が不要である特許文献1から既知の空冷式オイルタンクは、風力エネルギーシステムにおいて用いることができると考えられる。しかしながら、風力エネルギーシステムの個々の構成要素のレイアウトによって課される制約、特に、小型の構造に対する要件によると、既知のオイルタンクの設置にはスペースをとりすぎる。

韓国特許出願公開第20060022570号 米国特許出願公開第2011/0272949号 欧州特許出願公開第2163761号 米国特許出願公開第2012/0006524号

したがって、本発明によって対処する課題は、空冷式オイルタンク、詳細には、特に省スペースであるように設計された風力エネルギーシステムに好適な空冷式オイルタンクを作製することである。

本発明によれば、この課題は、請求項1の特徴を有する空冷式オイルタンク、及び請求項6の特徴を有する風力エネルギーシステムによって解決される。従属請求項は、本発明の有利な実施形態をそれぞれ開示している。

本発明の基本構想は、オイルタンクを通って流れる空気を用いて、オイルタンク内に貯留されているオイルを冷却するだけでなく、オイルタンクの外部に配置されている構成要素又はオイルタンクとは独立した構成要素も冷却することができるように、空冷式オイルタンクを設計することである。

したがって、本発明によれば、空冷式オイルタンクであって、オイルタンクを通り、冷却空気を導くように設計された、本質的に同一の直径を有する複数の第1のパイプラインを備えた空冷式オイルタンクが提供され、オイルタンクを通り、冷却空気を導くように設計された第2のパイプラインが更に設けられ、第2のパイプラインの直径内に、ファンが配置され、第2のパイプラインの直径は、第1のパイプラインの直径よりも大きい。

タンクは、好ましくはアルミニウムから作製され、単一の中空空間を有するか又は複数のチャンバーに分割することができる。特定の一実施形態によれば、オイルタンクは、潤滑油を貯蔵するチャンバー及び／又は作動油を貯蔵するチャンバーを有する。

パイプラインは、特に、押出成形材（extruded profiles）として設計され、具体的には、第1のパイプラインは、良好な伝熱のために内側リブを有する設計とすることができる。

パイプラインの基部領域は、円形になるように設計することができるが、三角形、四角形、六角形、又は八角形になるように設計してもよい。オイルタンクの製造に関して、パイプラインは、タンクのベースプレート及びカバープレートに溶接することができ、これらのプレートには、対応する開口が設けられている。表面に開いたパイプラインの開口は、空気の取入れ又は排出を容易にするノズルとして設計することができる。

第1のパイプラインは、専らオイルタンクに貯留されているオイルを冷却するために設けられる。直径が好ましくは第1のパイプラインの直径の数倍である第2のパイプラインは、導かれる空気の冷却能力が失われることなく、オイルタンクを通して冷却空気を導くのに用いられ、特に発電機を冷却するのに用いることができる。

本発明によれば、第2のパイプラインを通って流れる空気流を制御するために、第2のパイプラインの直径内にファンが配置される。ファンは、特に、発電機の温度に基づいて速度制御され、そのため、冷却能力を、発電機の力損失に対して調整することができる。この速度制御は、無断階に調整可能とするか又は多段切替えとして設計することができる。

特に好ましい実施形態によれば、ファンの駆動モーターは、油圧モーターであり、これにより、作動油を貯留するオイルタンクと発電機を空冷する装置とから相乗効果が得られる。

第2のパイプラインがその機能の点ではバイパスとして用いられる場合、すなわち、第2のパイプラインを通って導かれる際に冷却能力が低減しないものと考えられる場合、第2のパイプラインの壁は、第1のパイプラインの壁よりも厚くなるように設計することができ、又は、第2のパイプラインの内壁は、断熱するようにコーティング若しくは裏張りすることができる。

基本的に、第1のパイプライン及び第2のパイプラインを通って導かれる双方の冷却空気流を確保することができるように、全ての第1のパイプラインの通路表面積は、第2のパイプラインの通路表面積におおよそ対応する。

最後に、好ましくは、第1のパイプライン及び第2のパイプラインは、互いに平行に配置され、そのため、本発明に係るオイルタンクの製造が特に簡単になることが考えられる。

オイルタンクを通って導かれる空気が、（大口径の）第2のパイプラインのみを通って導かれることがないことを確実にするために、オイルタンクを、少なくとも或る程度分離した2つの空気流回路に接続することが、大抵の場合必要となる。その結果、一方の空気流回路が、第1のパイプラインに連通接続し、他方の空気流回路が、第2のパイプラインに連通接続する。

さらに、空冷式オイルタンクを備える風力エネルギーシステムが提供され、空冷式オイルタンクは、オイルタンクを通り、冷却空気を導くように設計された、本質的に同一の直径を有する複数の第1のパイプラインと、オイルタンクを通り、冷却空気を導くように設計された、第1のパイプラインの直径よりも大きい直径の第2のパイプラインとを備え、第1のパイプラインは、第1の冷却空気回路に連通接続し、第2のパイプラインは、第2の冷却空気回路に連通接続する。風力エネルギーシステムの発電機は、第2の冷却空気回路内に配置されることが好ましい。

したがって、少なくとも或る程度分離した2つの冷却回路を形成することが可能であり、この場合、一方の冷却回路が、発電機の空冷に用いられ、他方の冷却回路が、他の構成要素、例えば、伝達機構及び／又は油圧動力ユニットの空冷に用いられる。

全ての第1のパイプラインの通路表面積と第2のパイプラインの通路表面積との比は、それぞれの力損失に従って、第1の冷却回路及び／又は第2の冷却回路に配置されている構成要素の冷却要件に左右される。特に、オイルタンクのレイアウトに関して、第1のパイプラインのオイル量、充填レベル高さ、及び断面積の割合は、結果としてオイルの十分な冷却（すなわち、十分なΔT）をもたらすことが確実でなければならない。

好ましい一実施形態によれば、オイルタンクがオイルポンプを備える場合、オイルポンプは、オイルタンクに戻るように流れる加熱されたオイルが、パイプライン間の可能な限り長距離を移動し、十分に冷却され得ることを確実にするために、還流部（return flow）に対してオイルタンクの反対箇所に配置される。

好ましい一実施形態によれば、第1の冷却空気回路及び第2の冷却空気回路は、閉回路となるように設計され、第2の冷却空気回路は、特に好ましくは発電機の下流において、第1の冷却空気回路に合流する。冷却空気回路の閉回路としての設計は、汚染されて煩雑な浄化を必要とする冷却空気が、風力エネルギーシステム内に配置された冷却すべき構成要素と接触することがないことから有利である。

第1の冷却回路又は第2の冷却回路を駆動するために、オイルタンク内に設けられるファンに加えて、更なるファンが冷却回路内に設けられる。

好ましくはオイルタンク内に設けられるファンの代わりに、ファン、例えば、発電機の自己換気装置を、空気流を生成するように第2の冷却回路内の異なる場所に設けることができる。そのような場合、第2のパイプラインにはフラップ機構が設けられ、このフラップ機構により、第2のパイプラインを通って導かれる空気量を制御することができる。フラップ位置は（オイルタンク内に配置されるファンの力と同様に）発電機の温度に基づくことが好ましい。

基本的に、本発明に従って設計された風力エネルギーシステムに設置される空冷式オイルタンクは、独立した製品として前述したオイルタンクと同様の設計とすることができる。したがって、特に、ファンは、第2のパイプラインの直径内に配置することができる。上記ファンの駆動モーターは、油圧モーターであることが好ましい。

更に好ましくは、全ての第1のパイプラインの通路表面積は、第2のパイプラインの通路表面積に対応する。

具体的には、風力エネルギーシステムのオイルタンクの第1のパイプラインは、内側リブを有することもできる。

最後に、第1のパイプライン及び第2のパイプラインが平行に配置されることも好ましい。

本発明に係る空冷式オイルタンクは、伝達機構に必要とされるオイル冷却と、発電機に必要とされる空冷とが、小型のユニットにおいて実現されることから有利である。伝達機構及び発電機の双方を冷却するのに、水冷システムも、更なる熱交換器も、また、冷却力を制御するための複雑なコントローラーも必要としない。

以下、本発明を、添付図面に示されている特に好ましい設計を有する一実施形態を用いてより詳細に記載する。

本発明に従って設計された風力エネルギーシステムの断面斜視図である。 本発明に係る空冷式オイルタンクの上面図である。 空冷式オイルタンクの側面図である。

図1は、本発明に従って設計された風力エネルギーシステムの一部の断面斜視図を示している。風力エネルギーシステム100は、（既知のように）タワーと、タワー上に配置された内蔵のエネルギー変換器とを備える。エネルギー変換器は、ローター軸受に取り付けられたローターと、伝達機構80と、発電機90（詳細は図示せず）とからなる。

図示の例では、空冷式オイルタンク10は、風力エネルギーシステム100のタワーと端部キャリッジとの間に配置され、端部キャリッジの領域において（開閉可能なマンホールを除いて）タワーの直径全体を占めている。オイルタンク10の上側は、水平面を形成する。

オイルタンク10は、オイルタンク10を垂直に通る複数の第1のパイプライン20と、第2のパイプライン30とを備える。第1のパイプライン20は、第2のパイプライン30よりも小さい直径を有することを明確に見て取ることができる。第2のパイプライン30には、ファン40が配置され、ファン40は、発電機90の温度に基づいて速度制御されることが好ましい。ファン40の駆動モーターは、特に好ましくは油圧モーターとして設計することができ、そのため、オイルタンク10内に貯留されているオイルを、ファン40を駆動するのに用いることもできる。

風力エネルギーシステム100の端部キャリッジの内部には、第1の冷却空気回路A及び第2の冷却空気回路Bが形成される。第1の冷却空気回路Aは、オイルタンク10の複数の第1のパイプライン20に連通接続し、一方、第2の冷却空気回路Bは、主として第2のパイプライン30に連通接続する。

（空冷式）発電機90は、好ましくは第2の冷却空気回路Bに配置されるため、発電機90は、第2のパイプライン30内に配置されたファン40の力に基づいて冷却されることが好ましい。

特に好ましい設計を有する図1に示されている実施形態では、第2の冷却空気回路Bは、発電機90の下流で第1の冷却空気回路に合流し、その際、排気は、端部キャリッジ又はタワーの外部に配置された空気／空気冷却器において冷却され、オイルタンク10の下側に再び送られる。

図2は、本発明に係る空冷式オイルタンクの上面図を示している。この図からは、オイルタンク10が本質的に1つの平面において延在することが明らかとなる。ここでは、パイプライン20、30は、オイルタンク10を下から上に通り、潤滑油ラインの還流部50は、オイルタンク10の平面に延びている。

複数の第1のパイプライン20を明確に見て取ることができ、総通路表面積は、第2のパイプライン30の通路表面積におおよそ対応する。図面の左側には、オイルポンプ60と、オイルを浄化するフィルター装置70とが配置されている。詳細には、オイルポンプ60は、オイルタンク10において還流部50の反対側に配置され、そのため、オイルタンク10に戻るように流れるオイルは、強制的にパイプライン20を通るように導かれ、冷却される。図3の空冷式オイルタンク10の側面図は、オイルタンク10におけるこれらの手段の配置には、オイルの冷却に対する妨害作用がないことを示している。

特に、オイルタンクは、直角台形の断面で設計されていることを見て取ることができる。ここでは、パイプライン20、30は、オイルタンク10の上面に対して斜めに延び、オイルタンク10の下面に対して垂直に延びている。

１０：空冷式オイルタンク
２０：第1のパイプライン
３０：第2のパイプライン
４０：ファン
５０：ラインの還流部
６０：オイルポンプ
７０：オイルを浄化するフィルター装置
８０：伝達機構
９０：発電機
１００：風力エネルギーシステム
Ａ：第1の冷却空気回路
Ｂ：第2の冷却空気回路

Claims (9)

1. 空冷式オイルタンク（10）であって、該オイルタンク（10）を通り、冷却空気を導くように設計された、本質的に同一の直径を有する複数の第1のパイプライン（20）を備え、
   該オイルタンク（10）を通り、冷却空気を導くように設計された第2のパイプライン（30）の直径内に、ファン（40）が配置され、
   前記第2のパイプライン（30）の前記直径は、前記第1のパイプライン（20）の前記直径よりも大きいことを特徴とする、空冷式オイルタンク。
2. 請求項1に記載のオイルタンク（10）であって、前記ファン（40）の駆動モーターは、油圧モーターであることを特徴とする、オイルタンク。
3. 請求項1又は2に記載のオイルタンク（10）であって、全ての第1のパイプライン（20）の通路表面積は、前記第2のパイプライン（30）の通路表面積に対応することを特徴とする、オイルタンク。
4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載のオイルタンク（10）であって、前記第1のパイプライン（20）は、内側リブを有することを特徴とする、オイルタンク。
5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載のオイルタンク（10）であって、前記第1のパイプライン（20）及び前記第2のパイプライン（30）は、平行に配置されていることを特徴とする、オイルタンク。
6. 空冷式オイルタンク（10）を備える風力エネルギーシステム（100）であって、前記空冷式オイルタンク（10）は、
   前記オイルタンク（10）を通り、冷却空気を導くように設計された、本質的に同一の直径を有する複数の第1のパイプライン（20）と、
   前記オイルタンク（10）を通り、冷却空気を導くように設計された、前記第1のパイプライン（20）の前記直径よりも大きい直径の第2のパイプライン（30）と、
   を備え、
   前記第1のパイプライン（20）は、第1の冷却空気回路（A）に連通接続し、前記第2のパイプライン（30）は、第2の冷却空気回路（B）に連通接続することを特徴とする、風力エネルギーシステム。
7. 請求項6に記載の風力エネルギーシステム（100）であって、前記風力エネルギーシステム（100）の発電機（90）は、前記第2の冷却空気回路（B）内に配置されることを特徴とする、風力エネルギーシステム。
8. 請求項6又は7に記載の風力エネルギーシステム（100）であって、前記第1の冷却空気回路（A）及び前記第2の冷却空気回路（B）は、閉回路となるように設計されることを特徴とする、風力エネルギーシステム。
9. 請求項6〜8のいずれか1項に記載の風力エネルギーシステム（100）であって、前記第2の冷却空気回路（B）は、発電機（90）の下流で前記第1の冷却空気回路（A）に合流することを特徴とする、風力エネルギーシステム。