JP4173037B2 - 風車装置、および風力発電装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、消火用配管を備えた風車装置、当該風車装置を備えた風力発電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在日本国内に設置されている風力発電装置では、消火設備が搭載されているものは、数が少ないが、例えば東京都内に設置されている風力発電装置では、消火設備が搭載されている。
【0003】
消火設備が搭載されていない風力発電装置があるのは、消防法および消防法施行令では、消火設備の設置は要求されていないからである。消防法および消防法施行令では、警報設備の設置も要求されていない。都内の風力発電装置に、消火設備が設置されているのは、東京都の都条例で、変電設備、発電設備のある場所には消火器具(消火器)をもうけること(第36条)が規定されているからである。都条例では、さらに全出力1000kW以上の発電設備のある場所には、二酸化炭素、ハロゲン化物消火設備または粉末消火設備を設けること(第40条)が規定されている。今後国内で風力発電装置を普及させていくためには、消防法等の規定にかかわらず安全対策として消火設備を備えることが必要不可欠となることが考えられる。消火設備を備える風力発電装置では、消火設備はナセル内に設置されていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、消火設備をナセル内に備えると、消火液を貯めておくタンク、または消火用気体が充填されたボンベ、さらに消火液の場合は消火液を加圧するポンプを、発電機等が収納されたナセル内に搭載することになり、ナセルの容積、重量が増加し、メンテナンス作業が増加し、コストが増加する。
【0005】
そこで本発明は、ナセルの容積、及び重量を軽減し、メンテナンス作業を軽減し、コストが減少する風車装置、当該風車装置を備えた風力発電装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明による風車装置は、例えば図1に示すように、風の力を受けて回転するブレード1を保持し、ブレード1の回転軸を前記風の方向に向けるナセル3と;ナセル3を支持する柱状のタワー5と;タワー5に取り付けられた第1部分6Aと、ナセル3に取り付けられた第2部分6Bとを有し、ナセル3に消火用流体を供給する配管6と;第1部分6Aと第2部分6Bとの間の捻れ角を吸収すると共に第1部分6Aと第2部分6Bとを繋ぐ自在継手8とを備える。
【0007】
このように構成すると、第1部分6Aと第2部分6Bとを有する配管6と、自在継手8とを備えるので、第1部分6Aに消火用流体を供給して、第2部分6Bからナセル3に消火用流体を供給し、ナセル3に発生した火災を消すことができ、さらにナセル3のタワー5に対する回転による第1部分6Aと第2部分6Bとの間の捻れ角を自在継手8によって吸収することができ、当該回転により配管に捻りモーメントを発生させないようにすることができる。
【0008】
請求項2に係る発明による風車装置101は、請求項1に記載の風車装置において、例えば図1に示すように、前記第1部分の一端に接続され、前記第1部分に前記消火用流体を供給する消火栓を備える。
【0009】
このように構成すると、消火栓7をさらに備えるので、例えば消火用流体を貯えるタンクと、消火用流体を加圧するポンプ等とを備える加圧流体供給装置を消火栓7に接続し、消火栓7を介して第1部分6Aに消火用流体を供給することにより、第2部分6Bからナセル3に消火用流体を供給し、ナセル3に発生した火災を消すことができる。
【0010】
請求項3に係る発明による風車装置101は、請求項1に記載の風車装置において、例えば図4に示すように、第1部分6Aに設置され、第1部分6Aに供給された消火用流体を加圧する加圧装置31を備える。
【0011】
このように構成すると、加圧装置31(例えば、加圧ポンプ、加圧ブロワ等)を備えるので、例えば消火用流体を貯えるタンク、水道管等を第1部分6Aに接続して、消火用流体を第1部分6Aに供給し、さらに加圧装置31によって加圧し、第2部分6Bからナセル3に消火用流体を供給して、ナセル3に発生した火災を消すことができる。
【0012】
上記目的を達成するために、請求項4に係る発明による風力発電装置101は、例えば図1に示すように、 請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の風車装置101と;ブレード1によって駆動され、発電を行う発電機14とを備える。
【0013】
このように構成すると、風車装置101と発電機14とを備えるので、風力によってブレード1を回転させ、ブレード1によって発電機14を駆動し、発電機14に発電をさせて電力を得ることができ、さらにナセル3に火災が発生したときには、第1部分6Aに消火用流体を供給し、第2部分6Bからナセル3に消火用流体を供給して、ナセル3に発生した火災を消すことができ、火災の発生による影響を最小限とし、安定して電力を得ることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1の実施の形態に係る風力発電装置について、図1および図2を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る風車装置としての風力発電装置101の構成を模式的に示すブロック図、図2は、ナセル3内の配置を示す部分断面図である。
【0015】
風力発電装置101は、風車を構成し、風の力を受けて水平な回転軸の回りに回転する3本のブレード1と、ブレード1を支え、ブレード1と一体に回転するハブ2と、翼車(ブレード1およびハブ2)が取り付けられたナセル3と、翼車の回転軸を風の方向(風向)に向けるためのヨーシステム4と、翼車、ナセル3を支持し、鉛直方向に伸びる柱状のタワー5と、ナセル3に消火用流体としての消火液(水、消火剤)を供給する消火装置19とを含んで構成される。ナセル3は、例えば地上から60m〜70mの高さに設置されている。
【0016】
図に示すように、風力発電装置101は、ナセル3内に配置された以下の構成部品をさらに備える。すなわち風力発電装置101は、ハブ2(ナセル3外に配置)に接続され、翼車と一体に回転する主軸10と、主軸10を支える主軸受11と、主軸10の回転速度を増速する増速機12(ギヤボックス)と、増速機12の高速回転側に接続された高速軸20と、高速軸20に取り付けられたブレーキ板13Aを有し高速軸20の回転を停止するブレーキ13と、高速軸20に接続され、高速軸20の回転によって電気エネルギを生成する発電機14と、メンテナンス用クレーン16と、ナセル3全体あるいは発電機14を冷却する冷却器(ラジエータ)17と、火災の発生を検知する火災発生検知部18とを備える。
【0017】
消火装置19は、地上に設置された消火栓7と、ナセル3内に設置されたスプリンクラ9(図1中、2個のみ表示)と、消火栓7とスプリンクラ9とを接続し、タワー5内とナセル3内とを通る配管6と、タワー5内であって、タワー5の中心軸線上の位置に、鉛直方向に伸びる配管6上に設置された自在継手8とを含んで構成される。
【0018】
スプリンクラ9は、主軸受11の真上に設置されたスプリンクラ9Aと、増速機12の真上に設置されたスプリンクラ9Bと、ブレーキ13の真上に設置されたスプリンクラ9Cと、発電機14の真上に設置されたスプリンクラ9Dから構成される。配管6は、消火栓7と自在継手8とを結ぶ第1部分としての第1配管6Aと、自在継手8と各スプリンクラ9A、9B、9C、9D(以下9A〜D)とを結ぶ第2部分としての第2配管6Bから構成される。自在継手8は、第1配管6Aと第2配管6Bとを繋いでいる。第1配管6Aは主としてタワー5内に固定して設置され、第2配管6Bは主としてナセル3内に固定して設置されている。
【0019】
なお、消火栓7は本実施の形態では、タワー5の根元に配置されているが、タワー5の根元から離れたところに設置してもよい。こうすることにより、火災が発生しているナセル3から落ちて来る火の粉を、消火液を供給する配管を消火栓7に接続するときに、降りかからないようにすることができる。
【0020】
スプリンクラ9A〜Dは、主軸受11、増速機12、ブレーキ13、発電機14(以下、主要機器11〜14と呼ぶ)のそれぞれ真上に設置されているとしたが、主要機器11〜14に火災が発生したときに各主要機器11〜14に消火液が降りかかるようにして適切に消火を行うことができるよう、ナセル3内の適切な位置に適切な個数を設置するとよい。また、他に火災から適切に保護する必要がある機器(不図示)があれば、これらの機器に対して、消火液を供給できるようにさらにスプリンクラ(追加分は不図示)を追加して設置するとよい。
【0021】
第1配管6Aは、消火栓7からタワー5内の内壁面5Aに沿って略垂直に上昇し、ヨーシステム4の近傍において、90度方向を変えタワー5の中心軸線まで水平に移動し、タワー5の中心軸でさらに90度方向を変えて垂直に上昇する。第1配管6Aは、垂直に少し上昇したところで自在継手8に接続される。自在継手8は、タワー5の中心軸上に垂直方向に配置される。
【0022】
次に、図3を参照して第1配管6Aと、第2配管6Bとが接続する自在継手8の構成を説明する。自在継手8は、継手本体32と、2個の円環状のパッキン33と、パッキン押さえ部品34とを含んで構成される。継手本体32は、中空円環部32Aと、中空円環部32Aの一端に一体に取り付けられ、円形の貫通口32Bが形成された壁部32Cとを有する。第1配管6Aは、貫通口32Bに挿入され壁部32Cに接続される。中空円環部32A内には、パッキン33が収納され、第2配管6Bは、このパッキン33に挿入されて接続される。パッキン押さえ部品34は、中空円環部32Aに挿入されてパッキン33を押さえ付け、さらに継手本体32にボルトによって取り付けられている。この構成により、第1配管6Aと第2配管6Bとが消火液が漏れることなく接続され、第1配管6Aと第2配管6Bとの間の捻れ角が吸収される。
【0023】
図1、図2に戻って説明を続ける。自在継手8に接続された第2配管6Bはタワー5の中心軸線に沿って僅かに垂直に上昇した後、90度方向を変えて水平に移動してタワー5内の内壁面5Aにぶつかり、90度方向を変えて内壁面5Aに沿って上昇する。第2配管6Bは、ヨーシステム4を干渉せずに通過し、ナセル3内に入り、各スプリンクラ9A〜Dに接続される。
【0024】
ナセル3が、ヨーシステム4により翼車の回転軸を風向に一致させるために回転したときに、第2配管6Bの自在継手8に接続される部分は、タワー5の中心軸線上に配置されているため、当該中心軸線で回転する。よって、自在継手8に接続されている第1配管6Aと、自在継手8に接続されている第2配管6Bとの間に、タワー5の中心軸線回りの捻れ角(捻れによる角度変位)が発生し、自在継手8がこの捻れ角を吸収し、配管6に捻りモーメントを発生させない。
【0025】
さらに、風力発電装置101は、火災発生検知部18による検知に基づいて所定の連絡先、例えば消防庁等へ火災発生を連絡する火災発生情報を通知する通知部(不図示)を備える。通知部は、例えば無線発信装置(不図示)等によって構成され、火災発生を示す信号を自動的に発信する。また、火災発生検知部18による検知に基づいてウィンドファームの周辺地域へ火災発生を示す警報音(サイレン)または警報音声を出力する警報出力部(スピーカ)(不図示)が設置されている。警報出力部の設置場所は、例えば警報音、警報音声が地域住民に届くようタワー5の適当な高さの所とする。
【0026】
また、火災発生検知部18は、ナセル3内に配置された、熱感知器(不図示)、煙感知器(不図示)、炎感知器(赤外線、または紫外線)(不図示)等によって構成される。いずれも実験的に決められた所定の値を超えた場合に火災が発生したと判断するように設定することができる。また、火災発生検知部18を、ナセル3内に設置された、発電機14の電流または電圧値測定器(不図示)によって構成して、電流値あるいは電圧値の急激な異常低下を検出し、あるいはナセル3に設置された風速測定器(不図示)によって構成し、風速値の急激な異常低下を検出し、あるいはナセル3内に設置された主軸10または高速軸20の回転数測定器(不図示)によって構成し、主軸10または高速軸20の回転数の異常な異常を検出し、火災発生とみなすようにしてもよい。さらに、火災発生検知部18は、上記各感知器(熱感知器、煙感知器、炎感知器(赤外線、または紫外線))の組合せ、あるいは上記センサのいずれかと上記各測定器(電流または電圧値測定器、風速測定器、回転数測定器)との組合せであってもよい。こうすることにより、より正確に火災の発生を検知することができる。
【0027】
次に、本実施の形態の風力発電装置101の作用を説明する。
風の力によりブレード1が回転する。ブレード1は、ハブ2を介して主軸10を回転させ、主軸10の回転は増速機12により増速され、高速軸20に伝達され、高速軸20の回転により発電機14が駆動され、発電機14により発電が行なわれる。ナセル3はヨーシステム4によって、翼車(ブレード1およびハブ2)の回転軸が風の向きに一致するよう水平面内で回転するよう制御される。ブレード1の回転を停止するときには、ブレーキ13によって行う。ナセル3内に火災が発生したときには、消火栓7に加圧した水を供給し、ナセル3内の主要機器11〜14に水を供給し、消火することができる。
【0028】
ナセル3の前述の回転は、第2配管6Bの第1配管6Aに対する捻れ角を発生させるが、自在継手8がこの捻れ角を吸収する。よって、当該回転により配管6に捻りモーメントを発生させないようにすることができる。
【0029】
前述のように本第1の実施の形態に係る風力発電装置101によれば、スプリンクラ9をナセル3内に設け、消火栓7をタワー5の根元に設け、スプリンクラ9と消火栓7とを繋ぐ配管6を設けたので、火災が発生したときに、例えば給液タンクと加圧ポンプを有する加圧流体供給装置としての消防車(不図示)を消火栓7に接続し、消防車の給液タンクから加圧した水を消火栓7に供給し、消火栓7から配管6を介してナセル3に供給することができるので、ナセル3に給液タンク、給液加圧ポンプを設置する必要がなく、ナセル3の容積および重量を軽減し、メンテナンス作業を軽減し、コストが減少した風力発電装置101とすることができる。
【0030】
配管6は、スプリンクラ9と消火栓7とを繋ぎ、タワー5に取り付けられる第1配管6Aと、ナセル3に取り付けられた第2配管6Bとを有する。ナセル3の回転により第1配管6Aと第2配管6Bとの間に捻れ角を生じるが、第1配管6Aと第2配管6Bとを繋ぐ自在継手8をタワー5の中心軸線上に設置することで自在継手8によって第1配管6Aと第2配管6Bの捻れ角を吸収し、第1配管6Aと第2配管6Bとの間に作用する捻りモーメントを発生させないようにすることができる。
【0031】
次に、図4を参照して本発明の第2の実施の形態に係る風車装置としての風力発電装置102について説明する。
【0032】
図は、風力発電装置102の構成を模式的に示すブロック図である。以下、図1の風力発電装置101との構造上、作用上の相違点のみ説明する。風力発電装置102の消火装置39は、消火栓7の直下流部に加圧装置としての加圧ポンプ31と、加圧ポンプ31と消火栓7の間に設置された仕切弁42と、仕切弁42と加圧ポンプ31とをバイパスする玉型弁43とを備える。
【0033】
消火栓7に、例えば給液タンク(不図示)を接続すれば、加圧ポンプ31によって消火栓7を介して給液タンクから消火液を吸引し、加圧ポンプ31で加圧して、ナセル3内の主要機器11〜14に消火液を供給し、消火することができる。このとき仕切弁42は開とし、玉型弁43は閉とする。加圧ポンプを備えた消防車が消火栓7に接続される場合は、仕切弁42を閉とし、玉型弁43を開とし、消火栓7に供給された消火液は加圧ポンプ31をバイパスして、ナセル3内の主要機器11〜14に供給され、消火することができる。
【0034】
本第2の実施の形態の風力発電装置101によれば、消火装置39に加圧ポンプ31を設けたので、火災が発生したときに、加圧ポンプを備えていない消火液の供給源、または加圧ポンプを備えていても供給圧力が十分でない消火液の供給源(例えば、水道水)を消火栓7に接続し、加圧ポンプ31によって加圧し、ナセル3に消火液を供給し、消火することができる。よって、ナセル3に給液タンク、給液加圧ポンプを設置する必要がなく、ナセル3の容積および重量を軽減し、メンテナンス作業を軽減し、コストが減少した風力発電装置102とすることができる。
【0035】
以上、消火用流体は、消火液であるとして説明したが、消火用流体は、消火用気体(炭酸ガス、窒素ガス、ハロゲン化ガス等)であってもよい。この場合、消火用気体を加圧する加圧装置として、例えばブロワが使用される。また、スプリンクラの代わりにノズル、もしくはヘッドが使用される。
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、第1部分と第2部分配管とを有する配管と、自在継手とを設けたので、第1部分に消火用流体を供給して、第2部分からナセルに消火用流体を供給し、ナセルに発生した火災を消すことができ、さらにナセルのタワーに対する回転に基づく第1部分と第2部分との間の捻れ角を吸収し、当該回転により配管に捻りモーメントを発生させないようにすることができる。よって、例えば消火用流体を貯えるタンクと消火流体を加圧する加圧装置とをナセルに設ける必要がなく、ナセルの容積、及び重量を軽減し、メンテナンス作業を軽減し、コストが減少する風車装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る風力発電装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図2】図1のナセル内の配置を示す部分断面図である。
【図3】自在継手の構成を示す断面図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態に係る風力発電装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【符号の説明】
1 ブレード
2 ハブ
3 ナセル
4 ヨーシステム
5 タワー
6 配管
6A 第1配管(第1部分)
6B 第2配管(第2部分)
7 消火栓
8 自在継手
9、9A〜D スプリンクラー
10 主軸
11 主軸受
12 増速機
13 ブレーキ
13A ブレーキデスク
14 発電機
16 メンテナンス用クレーン
17 冷却器
18 火災発生検知部
19、39 消火装置
20 高速軸
31 加圧ポンプ(加圧装置)
101、102 風力発電装置(風車装置)
Claims (4)
- 風の力を受けて回転するブレードを保持し、前記ブレードの回転軸を前記風の方向に向けるナセルと;
前記ナセルを支持する柱状のタワーと;
前記タワーに取り付けられた第1部分と、前記ナセルに取り付けられた第2部分とを有し、前記ナセルに消火用流体を供給する配管と;
前記第1部分と前記第2部分との間の捻れ角を吸収すると共に前記第1部分と前記第2部分とを繋ぐ自在継手とを備える;
風車装置。 - 前記第1部分の一端に接続され、前記第1部分に前記消火用流体を供給する消火栓を備える;
請求項1に記載の風車装置。 - 前記第1部分に設置され、前記第1部分に供給された消火用流体を加圧する加圧装置を備える;
請求項1に記載の風車装置。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の風車装置と;
前記ブレードによって駆動され、発電を行う発電機とを備える;
風力発電装置。
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