JP4796039B2 - 風力発電装置 - Google Patents
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Description
また、風力発電装置においては、発電機の外周面と外気とを仕切るフレームに設けた複数のフィンを介して、ロータを回転させた風に対して発電機から発生した熱を放出する冷却機構が提案されている。この冷却機構は、吸気口、排気口及び冷却用ファンが不要とされる。(たとえば、引用文献2参照)
また、回転体のローターヘッド内は、非回転体であるナセル側との間に隙間があるため、隙間からの雨水侵入が問題となる。さらに、ローターヘッド内で油圧機構の作動油や潤滑油等の液体が漏出すると、ローターヘッドの回転により漏出した液体を風力発電装置の周囲にまき散らすことも懸念される。このため、ローターヘッドには密閉構造を採用する必要があるので、内部機器の発熱量増大による内部温度の上昇は顕著になる。
また、風力発電装置の設置環境が寒冷地となる場合には、ローターヘッドの内部温度が上述した制御機器類に要求される低温側温度条件を満足する必要がある。さらに、油圧作動油や潤滑油等の液体についても、低温による性状の変化が問題となるので、ローターヘッド内部を加熱するなど温度管理が必要となる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ローターヘッド内部の温度管理を可能にした風力発電装置を提供することにある。
本発明の風力発電装置は、風車翼を取り付けたローターヘッドに連結された駆動・発電機構がナセル内に収納設置され、前記ローターヘッド内に機器類が設置されている風力発電装置であって、前記ローターヘッドと前記ナセルとの間を連結する駆動軸系にロータリージョイントを介在させ、該ロータリージョイントを通して前記ナセル内から前記ローターヘッド内へローターヘッド内温度の調整用流体が供給されることを特徴とするものである。
風力発電装置1は、図5に示すように、基礎6上に立設される支柱2と、支柱2の上端に設置されるナセル3と、略水平な軸線周りに回転可能にしてナセル3に設けられるローターヘッド4とを有している。
ローターヘッド4には、その回転軸線周りに放射状にして複数枚の風車翼5が取り付けられている。この結果、ローターヘッド4の回転軸線方向から風車翼5に当たった風の力が、ローターヘッド4を回転軸線周りに回転させる動力に変換されるようになっている。
ナセル3の内部には、たとえば図1に示すように、ローターヘッド4と同軸の増速機10を介して連結された発電機11を具備してなる駆動・発電機構が収納設置されている。すなわち、ローターヘッド4の回転を増速機10で増速して発電機11を駆動させることにより、発電機11より発電機出力Wが得られるようになっている。
ここで使用する送風装置20は、ナセル3内の空気を送風可能な送風機として内部ファン21を単独設置したものでもよいが、たとえば空調装置等に使用されるヒートポンプやヒータを組み合わせて設けることにより、ナセル3内の空気温度を積極的に調整して送風可能としてもよい。すなわち、ヒートポンプを組み合わせて構成した送風装置20の場合には、図示は省略したものの、冷媒を圧縮して送出する圧縮機と、冷媒の循環方向を選択切換する四方弁と、冷媒の循環方向に応じて凝縮器または蒸発器として機能する一対の熱交換器と、キャピラリーチューブや膨張弁等の絞り機構とを備えたものとなる。
なお、以下の説明では、ナセル3内の空気を冷却または加熱して温度調整する運転全般について、冷却及び加熱の区別が不要の場合を総称して「温調」と呼ぶことにする。
この流体は、ローターヘッド4とナセル3との間を連結する駆動軸系のうち、たとえば増速機10と発電機11との間を連結する駆動軸間に介在させたロータリージョイント30を通して、ナセル3内からローターヘッド4内へ供給される。すなわち、温調用の空気を流す温調配管22a,22bは、ローターヘッド4とナセル3との間を連結する駆動軸系の適所に介在させたロータリージョイント30を介して、固定側のナセル3から回転側のローターヘッド4へ連結されている。
また、図3はローターヘッド4とナセル3との接続構造を示しており、図中の符号15はローターヘッド4の回転を増速機10に伝達する主軸である。
図4に示すフローチャートは、温調空気の冷却・加熱用としてヒートポンプを備えている送風装置20の温調制御例を示している。最初のステップS1において、外気温の上昇により、ナセル3内に設置された電気制御品の雰囲気温度が上昇すると、次のステップS2に進む。この場合の外気温及び雰囲気温度は、図示省略の温度センサにより測定されてナセル制御装置に入力される。
こうして圧送された空気は、次のステップS4において、必要に応じてヒートポンプにより冷却される。すなわち、ナセル3内の空気温度が所定値以上に高い場合など、温調空気として内部ファン21が吸引したナセル3内の空気は、ヒートポンプの運転により冷却される。なお、ナセル3内の温度が所定値より低い場合やヒートポンプを備えていない場合など、ナセル3内の空気をそのままローターヘッド4へ圧送してもよく、このような場合はステップS4が不要となる。
上述した制御により、ローターヘッド4内に冷風を供給することで内部の温度上昇が抑制または防止されるので、特に外気温が高い場合においては、ローターヘッド4の内部に設置されている制御機器類等に設定された運転の上限温度を超えないようにローターヘッド4内を冷却して温度制御することが可能となる。なお、この場合の制御は、ナセル3内とローターヘッド4内とが略同じ温度であると仮定しているが、ナセル3とローターヘッド4との内部温度に差がある場合には、ナセル3内だけでなくローターヘッド4内の温度も測定することが望ましい。
ステップS12では、雰囲気温度を測定する温度センサの測定温度がナセル内電気制御品設定点以下の低温である場合や、油圧作動油等の油脂類設定点以下の低温である場合になると、次のステップS13に進む。このステップS13では、送風装置20の内部ファン21を運転してナセル3内の空気を圧送する。
こうして圧送された温調用の空気は、次のステップS14において、必要に応じて送風装置20内に設置されたヒートポンプやヒータ等の加熱手段により加熱を受ける。すなわち、加熱手段がヒートポンプの場合、送風装置20は、上述したステップS4の冷却時と逆方向に冷媒を循環させることにより、内部ファン21でナセル3内から吸引して圧送した温調用の空気を加熱する運転を実施する。
上述した制御により、ローターヘッド4内に温風が供給されて内部の空気温度は上昇するので、特に外気温が低い場合のように、ローターヘッド4の内部に設置されている制御機器類や油脂類等に設定された運転の下限温度を超える低温とないように加熱して温度制御することが可能となる。
また、送風装置20の設置場所をナセル3内とすることができるので、周囲環境がロータリーヘッド4内より良好なことに加え、設置場所の確保が容易になるなど利点は多い。特に、電気消費量が大きいヒートポンプの圧縮機や加熱用ヒータ等をナセル3内に設置することで、スリップリングの容量を小さくすることができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、たとえばロータリージョイントを介在させる駆動系の位置、ロータリージョイントの型式や構成、ロータリージョイントを通る流体等の種類や数など、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
2 支柱
3 ナセル
4 ローターヘッド
5 風車翼
7 風向風速計
10 増速機
11 発電機
20 送風装置
30 ロータリージョイント
Claims (1)
- 風車翼を取り付けたローターヘッドに連結された駆動・発電機構がナセル内に収納設置され、前記ローターヘッド内に機器類が設置されている風力発電装置であって、
前記ローターヘッドと前記ナセルとの間を連結する駆動軸系にロータリージョイントを介在させ、該ロータリージョイントを通して前記ナセル内から前記ローターヘッド内へローターヘッド内温度の調整用流体が供給されることを特徴とする風力発電装置。
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