JP4950368B1 - 再生エネルギー型発電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ナセル内に設置される油圧ポンプとタワー基端部周辺に設置される油圧モータとの間の油圧配管がナセルの旋回運動に対応しうる再生エネルギー型発電装置を提供する。
【解決手段】再生エネルギー型発電装置（１，１００）では、ナセル４内の油圧ポンプ８とタワー２の基端部２Ａ周辺の油圧モータ１０との間を、第１二重管（２０，７０）及び第２二重管（３０，８０）を用いて接続する。第１二重管は、第２二重管に回転自在に接続される。第１二重管は、第１内側配管（２２，７２）及び第１外側配管（２４，７４）を有する。第２二重管は、第２内側配管（３２，８２）及び第２外側配管（３４，８４）を有する。第１内側配管（２２，７２）と第２内側配管（３２，８２）とで内側流路４４が形成され、第１外側配管（２４，７４）と第２外側配管（３４，８４）とで外側流路４６が形成される。内側流路４４には高圧油及び低圧油の一方が流れ、外側流路４６には高圧油及び低圧油の他方が流れる。
【選択図】図１
【解決手段】再生エネルギー型発電装置（１，１００）では、ナセル４内の油圧ポンプ８とタワー２の基端部２Ａ周辺の油圧モータ１０との間を、第１二重管（２０，７０）及び第２二重管（３０，８０）を用いて接続する。第１二重管は、第２二重管に回転自在に接続される。第１二重管は、第１内側配管（２２，７２）及び第１外側配管（２４，７４）を有する。第２二重管は、第２内側配管（３２，８２）及び第２外側配管（３４，８４）を有する。第１内側配管（２２，７２）と第２内側配管（３２，８２）とで内側流路４４が形成され、第１外側配管（２４，７４）と第２外側配管（３４，８４）とで外側流路４６が形成される。内側流路４４には高圧油及び低圧油の一方が流れ、外側流路４６には高圧油及び低圧油の他方が流れる。
【選択図】図１
Description
本発明は、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を介して、ロータの回転エネルギーを発電機に伝達する再生エネルギー型発電装置に関する。なお、再生エネルギー型発電装置は、風、潮流、海流、河流等の再生可能なエネルギーを利用した発電装置であり、例えば、風力発電装置、潮流発電装置、海流発電装置、河流発電装置等を挙げることができる。
近年、地球環境の保全の観点から、風力を利用した風力発電装置や、潮流、海流又は河流を利用した発電装置を含む再生エネルギー型発電装置の普及が進んでいる。再生エネルギー型発電装置では、風、潮流、海流又は河流の運動エネルギーをロータの回転エネルギーに変換し、さらにロータの回転エネルギーを発電機によって電力に変換する。
この種の再生エネルギー型発電装置では、従来、ロータの回転数が発電機の定格回転数に比べて小さいため、ロータと発電機との間に機械式（ギヤ式）の増速機を設けていた。これにより、ロータの回転数は増速機で発電機の定格回転数まで増速された後、発電機に入力されるようになっていた。
ところが、発電効率の向上を目的として再生エネルギー型発電装置の大型化が進むにつれ、増速機の重量及びコストが増加する傾向にある。このため、機械式の増速機に替えて、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を採用した再生エネルギー型発電装置が注目を浴びている。
例えば、特許文献１には、油圧トランスミッションを介してロータの回転エネルギーを発電機に伝達するようにした風力発電装置が記載されている。
例えば、特許文献１には、油圧トランスミッションを介してロータの回転エネルギーを発電機に伝達するようにした風力発電装置が記載されている。
また、油圧ポンプ及び油圧モータの間を油圧配管で繋いだ油圧トランスミッションの採用により、ロータの回転エネルギーを発電機に伝達する伝達機構の配置の自由度が格段に向上する。そのため、従来の風力発電装置のようにタワー上に設置したナセル内に伝達機構の全てを配置する必要がなく、油圧モータ及びこれに連結される発電機をグランドレベル又はシーレベルに配置することも可能となる。これにより、タワーで支持すべき荷重が軽減され、風力発電装置の建設コストを低減できる。加えて、油圧モータ及び発電機のメンテナンスを容易に行うことが可能である。
例えば、特許文献２〜５には、油圧モータ及びこれに連結される発電機をグランドレベルに設置した風力発電装置が記載されている。
例えば、特許文献２〜５には、油圧モータ及びこれに連結される発電機をグランドレベルに設置した風力発電装置が記載されている。
ところが、一般的な風力発電装置では、発電効率の向上の観点から風向に応じてナセルを旋回させるようになっている。このため、油圧モータ及び発電機をグランドレベル又はシーレベルに設置する場合にも、ナセル旋回に対応可能な設計とすることが求められる。
そこで、特許文献６には、タワー下部に設けられた油圧モータが鉛直軸周りにナセルとともに旋回する風力発電装置が記載されている。
また、特許文献７及び８には、ナセル内に設置された油圧ポンプとタワー下部に設けられた油圧モータとを繋ぐ油圧配管（高圧油流路及び低圧油流路）の一部がナセルとともに旋回する風力発電装置が記載されている。この風力発電装置では、ナセル下部に設けた油圧スイベルによって、ナセル側の油圧配管がナセルとともに旋回するようになっている（特許文献７のＦｉｇ．７および特許文献８のＦｉｇ．７参照）。油圧スイベルは、外側部材および内側部材からなり、両部材は互いに相対的に回転可能である。そして、内側部材に設けられた配管は、外側部材の内周面に設けられた環状流路と連通している。
また、特許文献７及び８には、ナセル内に設置された油圧ポンプとタワー下部に設けられた油圧モータとを繋ぐ油圧配管（高圧油流路及び低圧油流路）の一部がナセルとともに旋回する風力発電装置が記載されている。この風力発電装置では、ナセル下部に設けた油圧スイベルによって、ナセル側の油圧配管がナセルとともに旋回するようになっている（特許文献７のＦｉｇ．７および特許文献８のＦｉｇ．７参照）。油圧スイベルは、外側部材および内側部材からなり、両部材は互いに相対的に回転可能である。そして、内側部材に設けられた配管は、外側部材の内周面に設けられた環状流路と連通している。
しかしながら、特許文献６には、そもそも、ナセル内に設置された油圧ポンプとタワー下部に設けられた油圧モータとを繋ぐ油圧配管を具体的にどのように構成するか開示されていない。
また、特許文献７及び８には、ナセル側の油圧配管をナセルとともに旋回可能にするための油圧スイベルが記載されているものの、内側部材に設けられた配管と外側部材に設けられた環状流路との接続部分に関して具体的な説明がなく、油圧スイベルの詳細構造が十分に開示されていない。
また、特許文献７及び８には、ナセル側の油圧配管をナセルとともに旋回可能にするための油圧スイベルが記載されているものの、内側部材に設けられた配管と外側部材に設けられた環状流路との接続部分に関して具体的な説明がなく、油圧スイベルの詳細構造が十分に開示されていない。
したがって、ナセル内に設置された油圧ポンプと、タワー下部周辺に設けた油圧モータとを繋ぐ油圧配管を、ナセルの旋回運動に対応可能に構成する手法の開発が望まれていた。
同様に、風力発電装置以外の再生エネルギー型発電装置においても、ナセル（主軸及び油圧ポンプの収納室）の旋回運動に対応しうる油圧配管の構造とする必要があった。
同様に、風力発電装置以外の再生エネルギー型発電装置においても、ナセル（主軸及び油圧ポンプの収納室）の旋回運動に対応しうる油圧配管の構造とする必要があった。
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、ナセル内に設置される油圧ポンプとタワー基端部周辺に設置される油圧モータとの間の油圧配管がナセルの旋回運動に対応しうる再生エネルギー型発電装置を提供することを目的とする。
本発明に係る再生エネルギー型発電装置は、タワーと、前記タワーの先端部に設けられたナセルと、前記ナセルに収納され、回転翼とともに回転する主軸と、前記ナセルに収納され、前記主軸に取り付けられる油圧ポンプと、前記タワーの基端部周辺に配置され、前記油圧ポンプから供給される圧油によって駆動される油圧モータと、前記油圧モータに連結された発電機と、前記油圧ポンプに接続される第１内側配管及び第１外側配管を有し、前記ナセル側に支持されるとともに前記タワー内部を通って前記タワーの基端部に向かってに延びる第１二重管と、前記油圧モータに接続される第２内側配管及び第２外側配管を有し、前記第１二重管よりも前記ナセルから遠い側に位置して該第１二重管に嵌合される第２二重管とを備え、前記第１内側配管は、前記第２内側配管に連通し、前記第２内側配管とともに内側流路を形成し、前記第１外側配管は、前記第２外側配管に連通し、前記第２外側配管とともに外側流路を形成し、前記内側流路及び前記外側流路のいずれか一方には、前記油圧ポンプから吐出されて前記油圧モータに送られる高圧油が流れ、前記内側流路及び前記外側流路の他方には、前記油圧モータから排出されて前記油圧ポンプに戻される低圧油が流れ、前記ナセル側に支持された前記第１二重管は回転自在に前記第２二重管に接続されていることを特徴とする。
この再生エネルギー型発電装置では、第１二重管の第１内側配管と第２二重管の第２内側配管とによって内側流路が形成される一方、第１二重管の第１外側配管と第２二重管の第２外側配管とによって外側流路が形成される。これら内側流路及び外側流路のいずれか一方に高圧油が流れ、内側流路及び外側流路の他方には低圧油が流れる。
そして、ナセル側に支持された第１二重管は回転自在に第２二重管に接続されているので、ナセルが旋回しても、ナセル内の油圧ポンプとタワー基端部周辺の油圧モータとの間の高圧油及び低圧油のやり取りを第１二重管と第２二重管とを介して行うことができる。
そして、ナセル側に支持された第１二重管は回転自在に第２二重管に接続されているので、ナセルが旋回しても、ナセル内の油圧ポンプとタワー基端部周辺の油圧モータとの間の高圧油及び低圧油のやり取りを第１二重管と第２二重管とを介して行うことができる。
上記再生エネルギー型発電装置において、前記第１二重管は、前記ナセルに近い側の端部において、前記第１内側配管と前記第１外側配管とが結合されて一体化されていることが好ましい。
このように、ナセルに近い側の第１二重管の端部において、第１内側配管と第２内側配管とを一体化することで、第１二重管のうち第１外側配管のみをナセル側に支持すれば足りるようになる。
このように、ナセルに近い側の第１二重管の端部において、第１内側配管と第２内側配管とを一体化することで、第１二重管のうち第１外側配管のみをナセル側に支持すれば足りるようになる。
上記再生エネルギー型発電装置において、前記内側流路には前記高圧油が流れ、前記外側流路には前記低圧油が流れるようにすることが好ましい。
このように内側流路に高圧油を流し、外側流路に低圧油を流すことで、万が一、内側流路の腐食や破損等によって内側流路の高圧油が漏れても、漏洩した高圧油を外側流路に受けることができる。よって、高圧油の外部への漏洩を防止できる。
このように内側流路に高圧油を流し、外側流路に低圧油を流すことで、万が一、内側流路の腐食や破損等によって内側流路の高圧油が漏れても、漏洩した高圧油を外側流路に受けることができる。よって、高圧油の外部への漏洩を防止できる。
この場合、上記再生エネルギー型発電装置は、前記第１内側配管の管壁面と前記第２内側配管の管壁面との間をシールする内側シールをさらに備え、前記内側シールは、前記内側流路と前記外側流路との間に挟まれるように配置されていることが好ましい。
このように第１内側配管の管壁面と第２内側配管の管壁面との間をシールする内側シールを、内側流路と外側流路との間に挟まれるように配置することで、万が一、内側シールのシール機能が損なわれても、内側流路を流れる高圧油は外側流路に漏れる。よって、高圧油の外部への漏洩を防止できる。
このように第１内側配管の管壁面と第２内側配管の管壁面との間をシールする内側シールを、内側流路と外側流路との間に挟まれるように配置することで、万が一、内側シールのシール機能が損なわれても、内側流路を流れる高圧油は外側流路に漏れる。よって、高圧油の外部への漏洩を防止できる。
また、上述の場合、上記再生エネルギー型発電装置は、前記第１外側配管の管壁面と前記第２外側配管の管壁面との間をシールする一対の外側シールと、前記一対の外側シール間に連通する油溜めと、前記油溜めに連通するタンクとを備えることが好ましい。
これにより、万が一、第１外側配管の管壁面と第２外側配管の管壁面との間をシールする一対の外側シールのシール機能が損なわれても、外側流路から漏れ出た低圧油は油溜めを介してタンクに導かれる。すなわち、外側流路から漏れた低圧油は、圧力が十分に下げられてからタンクに回収される。よって、低圧油の外部への漏洩を防止できる。
これにより、万が一、第１外側配管の管壁面と第２外側配管の管壁面との間をシールする一対の外側シールのシール機能が損なわれても、外側流路から漏れ出た低圧油は油溜めを介してタンクに導かれる。すなわち、外側流路から漏れた低圧油は、圧力が十分に下げられてからタンクに回収される。よって、低圧油の外部への漏洩を防止できる。
上記再生エネルギー型発電装置において、前記第１二重管は、前記タワーの略全長に亘って、前記ナセル側から前記タワーの基端部まで延びており、前記第２二重管は、前記タワーの基端部周辺に支持されていてもよい。
このように、ナセル側からタワー基端部まで延びる第１二重管を用いることで、タワーの略全長に亘って二重管構造で一貫して油圧配管を構成できる。よって、タワー内の油圧配管の設置スペースを抑制することが可能である。
このように、ナセル側からタワー基端部まで延びる第１二重管を用いることで、タワーの略全長に亘って二重管構造で一貫して油圧配管を構成できる。よって、タワー内の油圧配管の設置スペースを抑制することが可能である。
この場合、前記第２二重管は、底部が閉じられた容器状であり、前記タワーが立設される基礎上に設置されていてもよい。
このように、第１二重管に接続される第２二重管を容器状に構成して、タワーが立設される基礎上に設置することで、第２二重管のための特別な支持構造が不要になる。
このように、第１二重管に接続される第２二重管を容器状に構成して、タワーが立設される基礎上に設置することで、第２二重管のための特別な支持構造が不要になる。
また、上述の場合、前記第１二重管は、前記第２二重管に回転自在に嵌合されており、前記第１内側配管及び前記第２内側配管が長手方向に相対的に摺動自在、かつ、前記第１外側配管及び前記第２外側配管が長手方向に相対的に摺動自在であってもよい。
このように、第１内側配管が第２内側配管に対して、さらに、第１外側配管が第２外側配管に対して相対的に長手方向に摺動自在になるように第１二重管を第２二重管に嵌合することで、第１二重管の第２二重管に対する長手方向の動きが許容され、第１二重管及び第２二重管の油温上昇等による熱伸びを吸収することができる。
また、第１二重管の第２二重管に対する長手方向の動きが許容されるため、内側流路及び外側流路を流れる高圧油と低圧油とによって、第１二重管をナセル側に押す油圧スラストが発生する。そのため、ナセル側に第１二重管を支持することによって増加した、ナセルで負担すべき荷重を軽減することができる。また、その分だけ、タワーが負担すべき荷重も軽減される。
このように、第１内側配管が第２内側配管に対して、さらに、第１外側配管が第２外側配管に対して相対的に長手方向に摺動自在になるように第１二重管を第２二重管に嵌合することで、第１二重管の第２二重管に対する長手方向の動きが許容され、第１二重管及び第２二重管の油温上昇等による熱伸びを吸収することができる。
また、第１二重管の第２二重管に対する長手方向の動きが許容されるため、内側流路及び外側流路を流れる高圧油と低圧油とによって、第１二重管をナセル側に押す油圧スラストが発生する。そのため、ナセル側に第１二重管を支持することによって増加した、ナセルで負担すべき荷重を軽減することができる。また、その分だけ、タワーが負担すべき荷重も軽減される。
また、上述の場合、再生エネルギー型発電装置は、前記タワーの内周面に固定され、前記第１二重管の前記第１外側配管の外周面に該第１外側配管の径方向外方から接触する支持手段をさらに備え、前記支持手段は、前記第１二重管を回転自在かつ長手方向に摺動自在に支持することが好ましい。
このように、タワー内周面に固定されて第１外側配管の径方向外方から接触する支持手段によって、第１二重管を回転自在かつ長手方向に摺動自在に支持することで、ナセルに伴われた第１二重管の旋回を妨げず、第１二重管及び第２二重管の油温上昇等による熱伸びを吸収しながら、第１二重管を確実に支持することができる。
このように、タワー内周面に固定されて第１外側配管の径方向外方から接触する支持手段によって、第１二重管を回転自在かつ長手方向に摺動自在に支持することで、ナセルに伴われた第１二重管の旋回を妨げず、第１二重管及び第２二重管の油温上昇等による熱伸びを吸収しながら、第１二重管を確実に支持することができる。
また、上述の場合、再生エネルギー型発電装置は、前記第１内側配管及び前記第２内側配管の間に設けられ、前記第１内側配管を回転自在に前記第２内側配管に支持する内側軸受と、前記第１外側配管及び前記第２外側配管の間に設けられ、前記第１外側配管を回転自在に前記第２外側配管に支持する外側軸受とをさらに備え、前記内側軸受は、前記第１内側配管に対してその長手方向に摺動自在であり、前記外側軸受は、前記第１外側配管に対してその長手方向に摺動自在であってもよい。
このように、第１内側配管と第２内側配管との間に内側軸受を設け、第１外側配管と第２外側配管との間に外側軸受を設けるとともに、内側軸受を第１内側配管に対して、さらには、外側軸受を第１外側配管に対して相対的に長手方向に摺動自在にすることで、第１二重管の第２二重管に対する長手方向の動きが許容され、各二重管の熱伸びを吸収することができる。
また、第１二重管の第２二重管に対する長手方向の動きが許容されるため、内側流路及び外側流路を流れる高圧油と低圧油とによって、第１二重管をナセル側に押す油圧スラストが発生する。そのため、ナセル側に第１二重管を支持することによって増加した、ナセルで負担すべき荷重を軽減することができる。また、その分だけ、タワーが負担すべき荷重も軽減される。
このように、第１内側配管と第２内側配管との間に内側軸受を設け、第１外側配管と第２外側配管との間に外側軸受を設けるとともに、内側軸受を第１内側配管に対して、さらには、外側軸受を第１外側配管に対して相対的に長手方向に摺動自在にすることで、第１二重管の第２二重管に対する長手方向の動きが許容され、各二重管の熱伸びを吸収することができる。
また、第１二重管の第２二重管に対する長手方向の動きが許容されるため、内側流路及び外側流路を流れる高圧油と低圧油とによって、第１二重管をナセル側に押す油圧スラストが発生する。そのため、ナセル側に第１二重管を支持することによって増加した、ナセルで負担すべき荷重を軽減することができる。また、その分だけ、タワーが負担すべき荷重も軽減される。
あるいは、上記再生エネルギー型発電装置において、前記第１二重管は、前記ナセル側から前記タワーの途中まで延びており、前記第２二重管は、前記タワーに支持されていてもよい。
このように、ナセル側からタワーの途中まで延びる第１二重管を用いることで、タワー内の任意の範囲において二重管構造で油圧配管を構成できる。
このように、ナセル側からタワーの途中まで延びる第１二重管を用いることで、タワー内の任意の範囲において二重管構造で油圧配管を構成できる。
この場合、上記再生エネルギー型発電装置は、前記第１二重管を前記第２二重管に回転自在に支持し、前記第１二重管及び前記第２二重管の長手方向に沿ったスラスト荷重を受けるスラスト軸受をさらに備えていてもよい。
このように、スラスト軸受によって第１二重管を第２二重管に回転自在に支持することで、ナセルに伴われた第１二重管の旋回を妨げることがない。また、第１二重管の重量や、内側流路及び外側流路を流れる高圧油と低圧油とによって発生する油圧スラストをスラスト軸受によって確実に受けることができる。
このように、スラスト軸受によって第１二重管を第２二重管に回転自在に支持することで、ナセルに伴われた第１二重管の旋回を妨げることがない。また、第１二重管の重量や、内側流路及び外側流路を流れる高圧油と低圧油とによって発生する油圧スラストをスラスト軸受によって確実に受けることができる。
なお、前記スラスト軸受は、前記スラスト荷重に加えて、径方向に沿ったラジアル荷重をも受けるテーパコロ軸受であってもよい。
あるいはスラスト軸受を用いずに、前記第１二重管と前記第２二重管とは、前記第１内側配管及び前記第２内側配管が長手方向に相対的に摺動自在、かつ、前記第１外側配管及び前記第２外側配管が長手方向に相対的に摺動自在となるように嵌合されていてもよい。
このように、第１内側配管が第２内側配管に対して、さらには、第１外側配管が第２外側配管に対して相対的に長手方向に摺動自在になるように第１二重管を第２二重管に嵌合することで、第１二重管の第２二重管に対する長手方向の動きが許容され、各二重管の油温上昇等による熱伸びを吸収することができる。
また、第１二重管の第２二重管に対する長手方向の動きが許容されるため、内側流路及び外側流路を流れる高圧油と低圧油とによって、第１二重管をナセル側に押す油圧スラストが発生する。そのため、ナセル側に第１二重管を支持することによって増加したナセルで負担すべき荷重を低減できる。また、その分だけ、タワーが負担すべき荷重も軽減される。
このように、第１内側配管が第２内側配管に対して、さらには、第１外側配管が第２外側配管に対して相対的に長手方向に摺動自在になるように第１二重管を第２二重管に嵌合することで、第１二重管の第２二重管に対する長手方向の動きが許容され、各二重管の油温上昇等による熱伸びを吸収することができる。
また、第１二重管の第２二重管に対する長手方向の動きが許容されるため、内側流路及び外側流路を流れる高圧油と低圧油とによって、第１二重管をナセル側に押す油圧スラストが発生する。そのため、ナセル側に第１二重管を支持することによって増加したナセルで負担すべき荷重を低減できる。また、その分だけ、タワーが負担すべき荷重も軽減される。
上記再生エネルギー型発電装置は、前記ナセル内において前記油圧ポンプと前記第１二重管との間に設けられ、前記油圧ポンプの脈動を防止する脈動防止アキュムレータをさらに備えることが好ましい。
このように、脈動防止アキュムレータをナセル内に設けることで、脈動防止アキュムレータと油圧ポンプとの距離が縮まり、油圧ポンプの脈動を効果的に防止できる。なお、脈動防止アキュムレータの容量は比較的小さくてもよいから、ナセル内に十分に収納できる。
このように、脈動防止アキュムレータをナセル内に設けることで、脈動防止アキュムレータと油圧ポンプとの距離が縮まり、油圧ポンプの脈動を効果的に防止できる。なお、脈動防止アキュムレータの容量は比較的小さくてもよいから、ナセル内に十分に収納できる。
また上記再生エネルギー型発電装置は、前記第２二重管と前記油圧モータの間に設けられ、前記油圧モータをバイパスするバイパス流路と、前記タワーの基端部周辺に配置され、前記バイパス流路に設けられたリリーフ弁と、前記タワーの基端部周辺に設置され、前記リリーフ弁の下流側に設けられたオイルクーラとをさらに備えることが好ましい。
このように、バイパス流路にリリーフ弁を設けると、油圧ポンプから油圧モータに送られる高圧油の圧力が上限値を超えたときにリリーフ弁が開いて、バイパス流路を介して高圧油が低圧油流路側に流れて、高圧油の圧力が低減される。このとき、リリーフ弁での摩擦によって油温が上昇するから、リリーフ弁の下流側に位置するオイルクーラで油の冷却を行う必要がある。これらリリーフ弁及びオイルクーラを、ナセルに比べて設置スペースの余裕があるタワー基端部周辺に設けることで、ナセルの大型化を防止できる。
このように、バイパス流路にリリーフ弁を設けると、油圧ポンプから油圧モータに送られる高圧油の圧力が上限値を超えたときにリリーフ弁が開いて、バイパス流路を介して高圧油が低圧油流路側に流れて、高圧油の圧力が低減される。このとき、リリーフ弁での摩擦によって油温が上昇するから、リリーフ弁の下流側に位置するオイルクーラで油の冷却を行う必要がある。これらリリーフ弁及びオイルクーラを、ナセルに比べて設置スペースの余裕があるタワー基端部周辺に設けることで、ナセルの大型化を防止できる。
上記再生エネルギー型発電装置は、前記タワーの基端部周辺に配置され、前記高圧油の油圧を蓄積する油圧蓄積アキュムレータをさらに備えることが好ましい。
再生エネルギー型発電装置では、高圧油の油圧を蓄積する必要が生じることがある。例えば、風力発電装置では、突風が吹いた時に過剰な回転エネルギーを吸収するために高圧油の油圧を蓄積したり、系統電圧低下時のライドスルー機能を実現するために高圧油の油圧を予め蓄積しておいたり、風力発電装置の出力が余剰である時に過剰な回転エネルギーを吸収するために高圧油の油圧を蓄積したりする場合がある。これらの目的を達成するには、容量が十分に大きな油圧蓄積アキュムレータを用いる必要がある。
そこで、油圧蓄積アキュムレータをタワー基端部周辺に配置することで、油圧蓄積アキュムレータの容量を十分に大きくすることができる。よって、油圧蓄積アキュムレータの本来の役割を効果的に果たすことができる。
再生エネルギー型発電装置では、高圧油の油圧を蓄積する必要が生じることがある。例えば、風力発電装置では、突風が吹いた時に過剰な回転エネルギーを吸収するために高圧油の油圧を蓄積したり、系統電圧低下時のライドスルー機能を実現するために高圧油の油圧を予め蓄積しておいたり、風力発電装置の出力が余剰である時に過剰な回転エネルギーを吸収するために高圧油の油圧を蓄積したりする場合がある。これらの目的を達成するには、容量が十分に大きな油圧蓄積アキュムレータを用いる必要がある。
そこで、油圧蓄積アキュムレータをタワー基端部周辺に配置することで、油圧蓄積アキュムレータの容量を十分に大きくすることができる。よって、油圧蓄積アキュムレータの本来の役割を効果的に果たすことができる。
また、前記再生エネルギー型発電装置は風力発電装置であり、前記タワーが前記基端部から前記先端部に向かって鉛直方向上方に延びるとともに、前記回転翼によって風を受けることで前記主軸が回転するようになっていてもよい。この場合、前記油圧モータは、グランドレベル近くに配置されていてもよいし、シーレベル近く又はシーレベルよりも下方に配置されていてもよい。
あるいは、再生エネルギー型発電装置は、潮流、海流又は河流を利用した発電装置であり、前記タワーが前記基端部から前記先端部に向かって海中又は水中を鉛直方向下方に延びるとともに、前記回転翼によって潮流、海流又は河流を受けることで前記主軸が回転するようになっていてもよい。
あるいは、再生エネルギー型発電装置は、潮流、海流又は河流を利用した発電装置であり、前記タワーが前記基端部から前記先端部に向かって海中又は水中を鉛直方向下方に延びるとともに、前記回転翼によって潮流、海流又は河流を受けることで前記主軸が回転するようになっていてもよい。
本発明によれば、ナセル側に支持された第１二重管を回転自在に第２二重管に接続したので、ナセルが旋回しても、ナセル内の油圧ポンプとタワー基端部周辺の油圧モータとの間の高圧油及び低圧油のやり取りを第１二重管と第２二重管とを介して行うことができる。
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。
［第１実施形態］
第１実施形態では、再生エネルギー型発電装置の一例として風力発電装置について説明する。図１は、第１実施形態に係る風力発電装置の全体構成例を示す図である。図２は、油圧ポンプ側の第１二重管の端部の詳細構造を示す断面図である。図３は、第１二重管と第２二重管との接合部周辺の詳細構造を示す断面図である。
第１実施形態では、再生エネルギー型発電装置の一例として風力発電装置について説明する。図１は、第１実施形態に係る風力発電装置の全体構成例を示す図である。図２は、油圧ポンプ側の第１二重管の端部の詳細構造を示す断面図である。図３は、第１二重管と第２二重管との接合部周辺の詳細構造を示す断面図である。
図１に示すように、風力発電装置１は、主として、タワー２と、タワー２上に設けられたナセル４と、風を受けて回転するロータ６と、油圧ポンプ８及び油圧モータ１０と、油圧モータ１０に連結された発電機１２とで構成される。
タワー２は、シーレベルＳＬ付近の高さに位置する基礎３上に立設されており、基礎３側の基端部２Ａから鉛直方向上方に先端部２Ｂまで延びている。タワー２の先端部２Ｂ上には、ナセル４が設けられている。そして、ナセル４には、主軸１４及びこの主軸１４に取り付けられた油圧ポンプ８が収納されている。なお、主軸１４は、主軸軸受１５によってナセル４に回転自在に支持されている。
ロータ６は、ハブ６Ａと、ハブ６Ａから放射状に延びる複数枚の回転翼６Ｂとからなる。ロータ６のハブ６Ａは、主軸１４に連結されている。このため、風を受けてロータ６が回転すると、主軸１４もハブ６Ａとともに回転する。そして、主軸１４の回転が油圧ポンプ８に入力されることで、油圧ポンプ８において高圧油が生成される。
油圧モータ１０は、タワー２の基端部２Ａにおけるタワー内部空間２Ｃに設けられ、基礎３上に設置されている。油圧モータ１０は、ナセル４内の油圧ポンプ８から供給される高圧油によって駆動される。
また、油圧モータ１０に連結される発電機１２も、油圧モータ１０と同様に、タワー２の基端部２Ａにおけるタワー内部空間２Ｃに設けられ、基礎３上に設置されている。
また、油圧モータ１０に連結される発電機１２も、油圧モータ１０と同様に、タワー２の基端部２Ａにおけるタワー内部空間２Ｃに設けられ、基礎３上に設置されている。
ナセル４は、ナセル台板１６を有しており、このナセル台板１６はナセル軸受１８によってタワー２の先端部２Ｂに旋回自在に支持されている。具体的には、ナセル台板１６はナセル軸受１８の内輪１８Ａに固定され、タワー２の先端部２Ｂはナセル軸受１８の外輪１８Ｂに固定されている。
そして、ナセル台板１６にはナセル旋回機構１９が取り付けられており、このナセル旋回機構１９によって、ナセル台板１６がタワー２の先端部２Ｂに対して旋回するようになっている。なお、ナセル旋回機構１９は、例えば、タワー２の先端部２Ｂの内周面に設けられた内歯車１９Ｂと噛み合うギヤ１９Ａと、このギヤ１９Ａに直結されてギヤ１９Ａを回転駆動するモータとで構成されていてもよい。
そして、ナセル台板１６にはナセル旋回機構１９が取り付けられており、このナセル旋回機構１９によって、ナセル台板１６がタワー２の先端部２Ｂに対して旋回するようになっている。なお、ナセル旋回機構１９は、例えば、タワー２の先端部２Ｂの内周面に設けられた内歯車１９Ｂと噛み合うギヤ１９Ａと、このギヤ１９Ａに直結されてギヤ１９Ａを回転駆動するモータとで構成されていてもよい。
本実施形態では、ナセル４に収納された油圧ポンプ８と、タワー２の基端部２Ａにおけるタワー内部空間２Ｃに設けられた油圧モータ１０とを、第１二重管２０及び第２二重管３０を用いて接続している。
第１二重管２０は、タワー２の略全長に亘って、タワー２の先端部２Ｂから基端部２Ａまで下方に延びている。第１二重管２０は、図２及び３に示すように、第１内側配管２２及びこの第１内側配管２２の外周に設けられた第１外側配管２４で構成される。第１内側配管２２と第１外側配管２４とは、ナセル４側の端部において、溶接によって一体化されている（図２の溶接部２１参照）。そして、第１外側配管２４は、ナセル側支持機構２６によって、ナセル台板１６に支持されている。そのため、第１外側配管２４及びこれに溶接された第１内側配管２２とは、ナセル４の旋回時に、ナセル台板１６とともに旋回するようになっている。
なお、第１内側配管２２と第１外側配管２４との固定は、液密性が維持可能であれば特に限定されず、溶接に替えて、シール付きフランジのボルト結合で行ってもよい。
なお、第１内側配管２２と第１外側配管２４との固定は、液密性が維持可能であれば特に限定されず、溶接に替えて、シール付きフランジのボルト結合で行ってもよい。
なお、第１二重管２０は、第１内側配管２２及び第１外側配管２４の管中心がナセル４の旋回中心と略同芯になるように配置されている。このため、ナセル台板１６とともに第１二重管２０が旋回しても、第１二重管２０のタワー２内における位置は不動である。
また、図１に示すように、第１二重管２０の座屈や屈曲等の変形を防止する観点から、タワー２の内壁面から張り出すタワー側支持機構２８によって第１外側配管２４を支持してもよい。タワー側支持機構２８は、例えば、第１外側配管２４の外周面に接触する円環状のシュー２８Ａと、タワー２の内壁面から第１外側配管２４の径方向内方に張り出してシュー２８Ａを支持する複数の支持棒２８Ｂとで構成してもよい。
この場合、シュー２８Ａの内周面を低摩擦材料或いはシュー２８Ａ自体を弾性体又は弾性機構で形成する等により、シュー２８Ａ及び支持棒２８Ｂによって、第１外側配管２４を回転自在かつ長手方向に摺動自在に支持することが好ましい。これにより、ナセル４に伴われた第１二重管２０の旋回を妨げず、第１二重管２０の熱伸びを吸収しながら、第１二重管２０を確実に支持することができる。
この場合、シュー２８Ａの内周面を低摩擦材料或いはシュー２８Ａ自体を弾性体又は弾性機構で形成する等により、シュー２８Ａ及び支持棒２８Ｂによって、第１外側配管２４を回転自在かつ長手方向に摺動自在に支持することが好ましい。これにより、ナセル４に伴われた第１二重管２０の旋回を妨げず、第１二重管２０の熱伸びを吸収しながら、第１二重管２０を確実に支持することができる。
第２二重管３０は、図３に示すように、第２内側配管３２および第２内側配管３２の外周に設けられた第２外側配管３４で構成される。第２二重管３０の第２内側配管３２は、底部３３が閉じられた容器状であり、タワー２が立設された基礎３上に設置されている。
第２二重管３０は、複数の部材で構成してもよい。図３に示す例では、第２二重管３０の外形を作る下側部材３５、中央部材３６及び上側部材３７と、中央部材３６によって囲まれる環状部材３８とで第２二重管３０が構成されている。下側部材３５は、底部３３で閉じられた大容積の内部空間を有し、その側面には油圧モータ１０の吸込側に接続される高圧油出口が設けられている。中央部材３６は、下側部材３５上に設けられ、その側面には油圧モータ１０の吐出側に接続される低圧油入口が設けられている。上側部材３７は、中央部材３６上に設けられ、第１二重管２０の第１外側配管２４よりもやや大径に形成されて第１外側配管２４の下端部外周を覆っている。環状部材３８は、下側部材３５上に設けられ、第１二重管２０の第１内側配管２２よりもやや大径に形成されて第１内側配管２２の下端部外周を覆っている。
第２二重管３０では、主として環状部材３８が第２内側配管３２を形成する一方、主として中央部材３６及び上側部材３７が第２外側配管３４を形成している。
第２二重管３０では、主として環状部材３８が第２内側配管３２を形成する一方、主として中央部材３６及び上側部材３７が第２外側配管３４を形成している。
このような構成の第２二重管３０には、第１二重管２０が回転自在に接続されている。すなわち、第１二重管２０の第１内側配管２２と第２二重管３０の第２内側配管３２との間には内側軸受４０が設けられ、この内側軸受４０によって第１内側配管２２は第２内側配管３２に回転自在に支持されている。一方、第１二重管２０の第１外側配管２４と第２二重管３０の第２外側配管３４との間には外側軸受４２が設けられ、この外側軸受４２によって第１外側配管２４は第２外側配管３４に回転自在に支持されている。
また、第１二重管２０及び第２二重管３０の熱延び（正確にはタワー２と第１二重管２０及び第２二重管３０との熱伸び差）を吸収する観点から、第１二重管２０をその長手方向に摺動自在に第２二重管３０に接続することが好ましい。この場合、内側軸受４０の外輪を第２内側配管３２に固定するとともに、内側軸受４０の内輪を第１内側配管３２に対して管長手方向に摺動自在とする。同様に、外側軸受４２の外輪を第２外側配管３４に固定するとともに、外側軸受４２の内輪を第１外側配管２４に対して管長手方向に摺動自在とする。また、想定される第１二重管２０の熱伸び量の範囲内において、第１二重管２０が第２二重管３０に対して管長手方向に摺動しても、後述の内側流路４４及び外側流路４６が塞がれたり、各部の干渉が生じたりすることがないように、第１二重管２０及び第２二重管３０の各部の寸法が決定されることが好ましい。
さらに、第１二重管２０の第２二重管３０に対する長手方向の動きが許容される結果、第１二重管２０及び第２二重管３０を流れる高圧油と低圧油とによって、第１二重管２０をナセル４側に押す油圧スラスト（図３における油圧スラスト方向に沿った力）が発生する。そのため、ナセル４側に第１二重管２０を支持することによって増加した、ナセル４で負担すべき荷重を軽減することができる。また、その分だけ、タワー２が負担すべき荷重も軽減される。
さらに、第１二重管２０の第２二重管３０に対する長手方向の動きが許容される結果、第１二重管２０及び第２二重管３０を流れる高圧油と低圧油とによって、第１二重管２０をナセル４側に押す油圧スラスト（図３における油圧スラスト方向に沿った力）が発生する。そのため、ナセル４側に第１二重管２０を支持することによって増加した、ナセル４で負担すべき荷重を軽減することができる。また、その分だけ、タワー２が負担すべき荷重も軽減される。
このようにして接続された第１二重管２０及び第２二重管３０によって、油圧ポンプ８から供給される高圧油が流れる内側流路４４と、油圧モータ１０から排出される低圧油が流れる外側流路４６とが形成される。
すなわち、高圧油が流れる内側流路４４は、第１二重管２０の第１内側配管２２と第２二重管３０の第２内側配管３２とで形成される。また、低圧油が流れる外側流路４６は、第１二重管２０の第１外側配管２４と第２二重管３０の第２外側配管３４とで形成される。
このように内側流路４４に高圧油を流し、外側流路４６に低圧油を流すことで、万が一、内側流路４４の腐食や破損等によって内側流路４４の高圧油が漏れても、漏洩した高圧油を外側流路４６に受けることができる。よって、高圧油の外部への漏洩を防止できる。
すなわち、高圧油が流れる内側流路４４は、第１二重管２０の第１内側配管２２と第２二重管３０の第２内側配管３２とで形成される。また、低圧油が流れる外側流路４６は、第１二重管２０の第１外側配管２４と第２二重管３０の第２外側配管３４とで形成される。
このように内側流路４４に高圧油を流し、外側流路４６に低圧油を流すことで、万が一、内側流路４４の腐食や破損等によって内側流路４４の高圧油が漏れても、漏洩した高圧油を外側流路４６に受けることができる。よって、高圧油の外部への漏洩を防止できる。
また、第１内側配管２２の外壁面と第２内側配管３２の内壁面との間には、内側シール５０が設けられている。この内側シール５０は、内側流路４４と外側流路４６との間に挟まれるように配置されている。すなわち、内側シール５０は、内側流路４４と外側流路４６とで囲まれている。このため、万が一、内側シール５０のシール機能が損なわれても、内側流路４４を流れる高圧油は外側流路４６に漏れる。よって、高圧油の外部への漏洩を防止できる。
さらに、第１外側配管２４の外壁面と第２外側配管３４の内壁面との間には、一対の外側シール５２が設けられている。そして、一対の外側シール５２の間の位置には、連通路５３を介して油溜め５４が連通している。この油溜め５４は、大気圧タンク５６に接続されている。
これにより、万が一、外側シール５２のシール機能が損なわれても、外側流路４６から漏れ出た低圧油は、連通路５３及び油溜め５４を介して大気圧タンク５６に導かれる。すなわち、外側流路４６から漏れた低圧油は、圧力が十分に下げられてから大気圧タンク５６に回収される。よって、低圧油の外部への漏洩を防止できる。
これにより、万が一、外側シール５２のシール機能が損なわれても、外側流路４６から漏れ出た低圧油は、連通路５３及び油溜め５４を介して大気圧タンク５６に導かれる。すなわち、外側流路４６から漏れた低圧油は、圧力が十分に下げられてから大気圧タンク５６に回収される。よって、低圧油の外部への漏洩を防止できる。
なお、油圧ポンプ８の脈動を抑える観点から、ナセル４内において油圧ポンプ８と第１二重管２０との間に脈動防止アキュムレータを設けることが好ましい。例えば、図２に示すように、ナセル台板１６上に脈動防止アキュムレータ６０を設置してもよい。
このように、脈動防止アキュムレータ６０をナセル４内に設けることで、脈動防止アキュムレータ６０と油圧ポンプ８との距離が縮まり、油圧ポンプ８の脈動を効果的に防止できる。なお、脈動防止アキュムレータ６０の容量は比較的小さくてもよいから、ナセル４内に十分に収納できる。特に、本実施形態では、油圧モータ１０及び発電機１２をナセル４に設置するのではなく、タワー２の基端部２Ａのタワー内部空間２Ｃに設置するようにしたので、ナセル４内において脈動防止アキュムレータ６０のための設置スペースを十分に確保できる。
このように、脈動防止アキュムレータ６０をナセル４内に設けることで、脈動防止アキュムレータ６０と油圧ポンプ８との距離が縮まり、油圧ポンプ８の脈動を効果的に防止できる。なお、脈動防止アキュムレータ６０の容量は比較的小さくてもよいから、ナセル４内に十分に収納できる。特に、本実施形態では、油圧モータ１０及び発電機１２をナセル４に設置するのではなく、タワー２の基端部２Ａのタワー内部空間２Ｃに設置するようにしたので、ナセル４内において脈動防止アキュムレータ６０のための設置スペースを十分に確保できる。
また、ナセル４に比べてスペースの余裕があるタワー内部空間２Ｃには、図３に示すように、バイパス流路６２、リリーフ弁６４、オイルクーラ６６及び油圧蓄積アキュムレータ６８を設けることが好ましい。
バイパス流路６２は、油圧モータ１０をバイパスする流路であり、第２二重管３０と油圧モータ１０との間に設けられる。このバイパス流路６２にはリリーフ弁６４が設けられており、油圧ポンプ８から油圧モータ１０に送られる高圧油の圧力が上限値を超えたときにリリーフ弁６４が開いて、バイパス流路６２を介して高圧油が低圧油流路側に流れ、高圧油の圧力を抑制するようになっている。オイルクーラ６６は、リリーフ弁６４の下流側（具体的にはバイパス流路６２と低圧油流路との合流部の下流側）に設けられている。オイルクーラ６６は、高圧油がリリーフ弁６４を通過する際に上昇した油温を低減したり、通常時（リリーフ弁６４の非作動時）に低圧油を冷却したりする。
油圧蓄積アキュムレータ６８は、脈動防止アキュムレータ６０に比べて十分に大きな容量を有する。油圧蓄積アキュムレータ６８は、例えば、突風が吹いた時に過剰な回転エネルギーを吸収するために高圧油の油圧を蓄積したり、系統電圧低下時のライドスルー機能を実現するために高圧油の油圧を予め蓄積しておいたり、風力発電装置１の出力が余剰である時に過剰な回転エネルギーを吸収するために高圧油の油圧を蓄積したりする目的で使用される。油圧蓄積アキュムレータ６８をタワー２の基端部２Ａにおけるタワー内部空間２Ｃに配置することで、油圧蓄積アキュムレータ６８の容量を十分に大きくすることができる。なお、油圧蓄積アキュムレータ６８への高圧油の蓄積は、アキュムレータバルブ６９を開閉制御することで行われる。
バイパス流路６２は、油圧モータ１０をバイパスする流路であり、第２二重管３０と油圧モータ１０との間に設けられる。このバイパス流路６２にはリリーフ弁６４が設けられており、油圧ポンプ８から油圧モータ１０に送られる高圧油の圧力が上限値を超えたときにリリーフ弁６４が開いて、バイパス流路６２を介して高圧油が低圧油流路側に流れ、高圧油の圧力を抑制するようになっている。オイルクーラ６６は、リリーフ弁６４の下流側（具体的にはバイパス流路６２と低圧油流路との合流部の下流側）に設けられている。オイルクーラ６６は、高圧油がリリーフ弁６４を通過する際に上昇した油温を低減したり、通常時（リリーフ弁６４の非作動時）に低圧油を冷却したりする。
油圧蓄積アキュムレータ６８は、脈動防止アキュムレータ６０に比べて十分に大きな容量を有する。油圧蓄積アキュムレータ６８は、例えば、突風が吹いた時に過剰な回転エネルギーを吸収するために高圧油の油圧を蓄積したり、系統電圧低下時のライドスルー機能を実現するために高圧油の油圧を予め蓄積しておいたり、風力発電装置１の出力が余剰である時に過剰な回転エネルギーを吸収するために高圧油の油圧を蓄積したりする目的で使用される。油圧蓄積アキュムレータ６８をタワー２の基端部２Ａにおけるタワー内部空間２Ｃに配置することで、油圧蓄積アキュムレータ６８の容量を十分に大きくすることができる。なお、油圧蓄積アキュムレータ６８への高圧油の蓄積は、アキュムレータバルブ６９を開閉制御することで行われる。
上記構成の風力発電装置１によれば、ナセル４側に支持された第１二重管２０を回転自在に第２二重管３０に接続したので、ナセル４が旋回しても、ナセル４内の油圧ポンプ８とタワー２の基端部２Ａに設置された油圧モータ１０との間の高圧油及び低圧油のやり取りを第１二重管２０と第２二重管３０とを介して行うことができる。
なお、図１〜３には内側軸受４０及び外側軸受４２を用いて第１二重管２０を第２二重管３０に回転自在に接続する例を示したが、第１二重管２０と第２二重管３０との接続態様はこの例に限定されず、内側軸受４０及び外側軸受４２を用いずに第１二重管２０を第２二重管３０に接続してもよい。
図４は、第１二重管２０と第２二重管３０との接続態様の他の例を示す図である。同図に示すように、第１二重管２０は、第２二重管３０に回転自在に嵌合させてもよい。図４に示す例では、第１内側配管２２の外壁面と第２内側配管３２の内壁面とは、回転方向における相対的な滑り運動が許容されるように摺接している。同様に、第１外側配管２４の外壁面と第２外側配管３４の内壁面とは、回転方向における相対的な滑り運動が許容されるように摺接している。
このとき、第１内側配管２２が第２内側配管３２に対して相対的に管長手方向に摺動自在であり、かつ、第１外側配管２４が第２外側配管３４に対して相対的に管長手方向に摺動自在とすれば、第１二重管２０の第２二重管３０に対する長手方向の動きが許容される。その結果、第１二重管２０及び第２二重管３０の熱伸び（正確にはタワー２と第１二重管２０及び第２二重管３０との熱伸び差）を吸収するとともに、第１二重管２０をナセル４側に押す油圧スラスト（図４における油圧スラスト方向に沿った力）を発生させてナセル４で負担すべき荷重を軽減することができる。また、その分だけ、タワー２が負担すべき荷重も軽減される。
ここで、想定される第１二重管２０の熱伸び量の範囲内において、第１二重管２０が第２二重管３０に対して管長手方向に摺動しても、内側流路４４及び外側流路４６が塞がれたり、各部の干渉が生じたりすることがないように、第１二重管２０及び第２二重管３０の各部の寸法が決定されることが好ましい。
このとき、第１内側配管２２が第２内側配管３２に対して相対的に管長手方向に摺動自在であり、かつ、第１外側配管２４が第２外側配管３４に対して相対的に管長手方向に摺動自在とすれば、第１二重管２０の第２二重管３０に対する長手方向の動きが許容される。その結果、第１二重管２０及び第２二重管３０の熱伸び（正確にはタワー２と第１二重管２０及び第２二重管３０との熱伸び差）を吸収するとともに、第１二重管２０をナセル４側に押す油圧スラスト（図４における油圧スラスト方向に沿った力）を発生させてナセル４で負担すべき荷重を軽減することができる。また、その分だけ、タワー２が負担すべき荷重も軽減される。
ここで、想定される第１二重管２０の熱伸び量の範囲内において、第１二重管２０が第２二重管３０に対して管長手方向に摺動しても、内側流路４４及び外側流路４６が塞がれたり、各部の干渉が生じたりすることがないように、第１二重管２０及び第２二重管３０の各部の寸法が決定されることが好ましい。
なお、図４に示す例では、第２二重管３０は、下側部材５８及び上側部材５９で構成されている。下側部材５８は、その側面には油圧モータ１０の吸込側に接続される高圧油出口が設けられ、その上部は第１二重管２０の第１内側配管２２よりもやや大径の管形状になっており、第１内側配管２２の下端部外周を覆っている。上側部材５９は、下側部材５８上に設けられており、その側面には油圧モータ１０の吐出側に接続される低圧油入口が設けられ、その上部は第１二重管２０の第１外側配管２４よりもやや大径の管形状になっており、第１外側配管２４の下端部外周を覆っている。
なお、図３に示す例と同様に、第１内側配管２２の外壁面と第２内側配管３２の内壁面との間には、内側シール５０が設けられている。また、第１外側配管２４の外壁面と第２外側配管３４の内壁面との間には、一対の外側シール５２が設けられており、一対の外側シール５２の間の位置には、連通路５３を介して油溜め５４が連通している。この油溜め５４は、大気圧タンク５６（図３参照）に接続されている。
また、第２二重管３０は、図１及び３のように基礎３上に載置されていてもよいし、基礎３上又はタワー２の基端部２Ａの内周面に支持されていてもよい。
なお、図３に示す例と同様に、第１内側配管２２の外壁面と第２内側配管３２の内壁面との間には、内側シール５０が設けられている。また、第１外側配管２４の外壁面と第２外側配管３４の内壁面との間には、一対の外側シール５２が設けられており、一対の外側シール５２の間の位置には、連通路５３を介して油溜め５４が連通している。この油溜め５４は、大気圧タンク５６（図３参照）に接続されている。
また、第２二重管３０は、図１及び３のように基礎３上に載置されていてもよいし、基礎３上又はタワー２の基端部２Ａの内周面に支持されていてもよい。
［第２実施形態］
第２実施形態では、第１実施形態とは異なる態様の風力発電装置について説明する。図５は、第２実施形態に係る風力発電装置の全体構成例を示す図である。
なお、本実施形態に係る風力発電装置は、第１二重管及び第２二重管の構成が異なる点を除けば、第１実施形態に係る風力発電装置１と同様である。よって、ここでは、第１実施形態と異なる点を中心に説明することとし、図５では風力発電装置１と共通する箇所には同一の符号を付し、その説明を省略する。
第２実施形態では、第１実施形態とは異なる態様の風力発電装置について説明する。図５は、第２実施形態に係る風力発電装置の全体構成例を示す図である。
なお、本実施形態に係る風力発電装置は、第１二重管及び第２二重管の構成が異なる点を除けば、第１実施形態に係る風力発電装置１と同様である。よって、ここでは、第１実施形態と異なる点を中心に説明することとし、図５では風力発電装置１と共通する箇所には同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態に係る風力発電装置１００では、ナセル４内の油圧ポンプ８とタワー２の基端部２Ａのタワー内部空間２Ｃに設けられた油圧モータ１０との間に、第１二重管７０及び第２二重管８０を設けている。
第１二重管７０は、タワー２の一部のみ（ナセル４の直下のみ）に設けられている。第１二重管７０は、ナセル側支持機構２６によってナセル台板１６に支持されており、ナセル４の旋回時にナセル台板１６とともに旋回するようになっている。
一方、第２二重管８０は、第１二重管７０の下方に設けられており、タワー２の内壁面から張り出すタワー側支持機構８１によってリジッドに支持されている。また、第２二重管８０の油圧モータ１０への接続は、高圧油が流れる高圧油配管９０と低圧油が流れる低圧油配管９２とを介して行われる。なお、高圧油配管９０及び低圧油配管９２は、リジッドなパイプで構成してもよいし、フレキシブルなチューブ（ホース）又は回転方向のみ固定で長手方向の熱伸びのみ吸収する蛇腹の様な継手を介したリジッドなパイプで構成してもよい。
高圧油配管９０及び低圧油配管９２は、それぞれ、各配管の熱伸びを許容するようにタワー２の内壁面に支持されている。例えば、タワー２の内壁面に固定された円環状のシュー９４の内周面を高圧油配管９０及び低圧油配管９２のそれぞれの外周面に接触させて支持してもよい。この場合、シュー９４の内周面を低摩擦材料で形成する等により、高圧油配管９０及び低圧油配管９２のそれぞれを各シュー９４によって管長手方向に摺動自在に支持すればよい。
図６は、第１二重管７０および第２二重管８０の詳細構造を示す断面図である。同図に示すように、第１二重管７０は、フランジ部においてボルト７５で締結された上側部材７１及び下側部材７３によって構成されている。なお、上側部材７１と下側部材７３との接合面にはシール７６が設けられ、液密性が保たれている。上側部材７１は、その上部において油圧ポンプ８の吐出側に接続される高圧油入口を有する。下側部材７３は、上側部材７１に接合されたフランジ部から下方に垂れる内周側円筒部と外周側円筒部とを有し、この外周側円筒部の側面には油圧ポンプ８の吸込側に接続される低圧油出口が設けられている。
そして、上側部材７１と下側部材７３の一部（内周側円筒部）とによって、第１二重管７０の第１内側配管７２が形成されている。また、下側部材７３の一部（外周側円筒部）によって、第１二重管７０の第１外側配管７４が形成されている。
そして、上側部材７１と下側部材７３の一部（内周側円筒部）とによって、第１二重管７０の第１内側配管７２が形成されている。また、下側部材７３の一部（外周側円筒部）によって、第１二重管７０の第１外側配管７４が形成されている。
一方、第２二重管８０は、第２内側配管８２およびこの第２内側配管８２の外周に設けられる第２外側配管８４を有する。また、第２二重管８０の下部には、高圧油配管９０（図５参照）に接続される高圧油出口が設けられている。さらに、第２二重管８０の側面には、低圧油配管９２（図５参照）に接続される低圧油入口が設けられている。
そして、第１二重管７０は、第２二重管８０に回転自在に嵌合されている。すなわち、第１内側配管７２の内壁面と第２内側配管８２の外壁面とは、回転方向における相対的な滑り運動が許容されるように摺接している。同様に、第１外側配管７４の内壁面と第２外側配管８４の外壁面とは、回転方向における相対的な滑り運動が許容されるように摺接している。
このように嵌合された第１二重管７０及び第２二重管８０によって、油圧ポンプ８から供給される高圧油が流れる内側流路４４と、油圧モータ１０から排出される低圧油が流れる外側流路４６とが形成される。内側流路４４に高圧油を流し、外側流路４６に低圧油を流すことで、高圧油の外部への漏洩を防止できる。
このように嵌合された第１二重管７０及び第２二重管８０によって、油圧ポンプ８から供給される高圧油が流れる内側流路４４と、油圧モータ１０から排出される低圧油が流れる外側流路４６とが形成される。内側流路４４に高圧油を流し、外側流路４６に低圧油を流すことで、高圧油の外部への漏洩を防止できる。
なお、第１内側配管７２の内壁面と第２内側配管８２の外壁面との間には、内側シール５０が設けられている。また、第１外側配管７４の内壁面と第２外側配管８４の外壁面との間には、一対の外側シール５２が設けられており、一対の外側シール５２の間の位置には、油溜め５４が設けられている。この油溜め５４は、大気圧タンク５６（図３参照）に接続されている。
また、第１内側配管７２の内壁面と第２内側配管８２の外壁面との間には、テーパーころ軸受７８が設けられている。テーパーころ軸受７８は、第１二重管７０が回転しうるように、かつ、第１二重管７０が第２二重管８０に対して相対的に長手方向に動かないように、第１内側配管７２を第２内側配管８２に支持している。テーパーころ軸受７８は、第１二重管７０及び第２二重管８０の長手方向に沿ったスラスト荷重及びそれらの径方向に沿ったラジアル荷重の両方を受けることができる。スラスト荷重としては、内側流路４４及び外側流路４６を流れる高圧油と低圧油とによって発生する油圧スラストが挙げられる。なお、テーパーころ軸受７８を起点として第１内側配管７２及び第２内側配管８２がそれぞれ自由に熱伸びするので、第１内側配管７２と第２内側配管８２とがオーバーラップした部分（嵌合部分）を長くしても、熱伸びによる影響を受けることはない。
上記構成の風力発電装置１００によれば、ナセル４側に支持された第１二重管７０を回転自在に第２二重管８０に接続したので、ナセル４が旋回しても、ナセル４内の油圧ポンプ８とタワー２の基端部２Ａに設置された油圧モータ１０との間の高圧油及び低圧油のやり取りを第１二重管７０と第２二重管８０とを介して行うことができる。
なお、図５には第１二重管７０がナセル４の直下のみに設けられた例を示したが、第１二重管７０はナセル４側からタワー２内の任意の位置まで延びるようにしてもよい。
また、図６には第１内側配管７２の内壁面と第２内側配管８２の外壁面との間にテーパーころ軸受７８を設ける例を説明したが、テーパーころ軸受７８は省略してもよい。
図７は、第１二重管７０および第２二重管８０の詳細構造の他の例を示す断面図である。同図に示す例では、第１二重管７０は、第２二重管８０に対して相対的に長手方向に摺動しうるように、第２二重管８０に回転自在に嵌合されている。すなわち、第１内側配管７２が第２内側配管８２に対して相対的に管長手方向に摺動自在であり、かつ、第１外側配管７４が第２外側配管８４に対して相対的に管長手方向に摺動自在になっている。このように、第１二重管７０の第２二重管８０に対する長手方向の動きを許容することで、第１二重管７０及び第２二重管８０の熱伸びを吸収するとともに、第１二重管８０をナセル４側に押す油圧スラストを発生させて、ナセル４が負担すべき荷重を軽減できる。
なお、想定される第１二重管７０及び第２二重管８０の熱伸び量の範囲内において、第１二重管７０が第２二重管８０に対して管長手方向に摺動しても、内側流路４４及び外側流路４６が塞がれたり、各部の干渉が生じたりすることがないように、第１二重管７０及び第２二重管８０の各部の寸法が決定されることが好ましい。
図７は、第１二重管７０および第２二重管８０の詳細構造の他の例を示す断面図である。同図に示す例では、第１二重管７０は、第２二重管８０に対して相対的に長手方向に摺動しうるように、第２二重管８０に回転自在に嵌合されている。すなわち、第１内側配管７２が第２内側配管８２に対して相対的に管長手方向に摺動自在であり、かつ、第１外側配管７４が第２外側配管８４に対して相対的に管長手方向に摺動自在になっている。このように、第１二重管７０の第２二重管８０に対する長手方向の動きを許容することで、第１二重管７０及び第２二重管８０の熱伸びを吸収するとともに、第１二重管８０をナセル４側に押す油圧スラストを発生させて、ナセル４が負担すべき荷重を軽減できる。
なお、想定される第１二重管７０及び第２二重管８０の熱伸び量の範囲内において、第１二重管７０が第２二重管８０に対して管長手方向に摺動しても、内側流路４４及び外側流路４６が塞がれたり、各部の干渉が生じたりすることがないように、第１二重管７０及び第２二重管８０の各部の寸法が決定されることが好ましい。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。
特に、上述の実施形態では、シーレベルＳＬ付近の基礎３上に油圧モータ１０を設置する例について説明したが、油圧モータ１０は、タワー基端部の周辺であれば、グランドレベル付近に設置してもよいし、浮体式洋上風力発電装置におけるシーレベルＳＬよりも下方のタワー下部（タワーのうち海中に沈んだ部分）に設けてもよい。ここで、タワー基端部の周辺とは、タワーの外部の場所をも含む意味である。
さらに、上述の実施形態では、再生エネルギー型発電装置の具体例として風力発電装置１及び１００について説明したが、本発明は、風力発電装置以外の再生エネルギー型発電装置にも適用できる。
例えば、潮流、海流又は河流を利用した発電装置であって、タワーが基端部から先端部に向かって海中又は水中を鉛直方向下方に延びるとともに、回転翼によって潮流、海流又は河流を受けることで主軸が回転するような発電装置に本発明を適用してもよい。
例えば、潮流、海流又は河流を利用した発電装置であって、タワーが基端部から先端部に向かって海中又は水中を鉛直方向下方に延びるとともに、回転翼によって潮流、海流又は河流を受けることで主軸が回転するような発電装置に本発明を適用してもよい。
１ 風力発電装置
２ タワー
４ ナセル
６ ロータ
６Ａ ハブ
６Ｂ 回転翼
８ 油圧ポンプ
１０ 油圧モータ
１２ 発電機
１４ 主軸
１５ 主軸軸受
１６ ナセル台板
１８ ナセル軸受
１８Ａ 内輪
１８Ｂ 外輪
１９ ナセル旋回機構
１９Ａ ギヤ
１９Ｂ 内歯車
２０ 第１二重管
２１ 溶接部
２２ 第１内側配管
２４ 第２内側配管
２６ ナセル側支持機構
２８ タワー側支持機構
２８Ａ シュー
２８Ｂ 支持棒
３０ 第２二重管
３２ 第２内側配管
３４ 第２外側配管
３５ 下側部材
３６ 中央部材
３７ 上側部材
３８ 環状部材
４０ 内側軸受
４２ 外側軸受
４４ 内側流路
４６ 外側流路
５０ 内側シール
５２ 外側シール
５３ 連通路
５４ 油溜め
５６ 大気圧タンク
６０ 脈動防止アキュムレータ
６２ バイパス流路
６４ リリーフ弁
６６ オイルクーラ
６８ 油圧蓄積アキュムレータ
６９ アキュムレータバルブ
７０ 第１二重管
７１ 上側部材
７２ 第１内側配管
７３ 下側部材
７４ 第１外側配管
７５ ボルト
７６ シール
８０ 第２二重管
８１ タワー側支持機構
８２ 第２内側配管
８４ 第２外側配管
９０ 高圧油配管
９２ 低圧油配管
９４ シュー
２ タワー
４ ナセル
６ ロータ
６Ａ ハブ
６Ｂ 回転翼
８ 油圧ポンプ
１０ 油圧モータ
１２ 発電機
１４ 主軸
１５ 主軸軸受
１６ ナセル台板
１８ ナセル軸受
１８Ａ 内輪
１８Ｂ 外輪
１９ ナセル旋回機構
１９Ａ ギヤ
１９Ｂ 内歯車
２０ 第１二重管
２１ 溶接部
２２ 第１内側配管
２４ 第２内側配管
２６ ナセル側支持機構
２８ タワー側支持機構
２８Ａ シュー
２８Ｂ 支持棒
３０ 第２二重管
３２ 第２内側配管
３４ 第２外側配管
３５ 下側部材
３６ 中央部材
３７ 上側部材
３８ 環状部材
４０ 内側軸受
４２ 外側軸受
４４ 内側流路
４６ 外側流路
５０ 内側シール
５２ 外側シール
５３ 連通路
５４ 油溜め
５６ 大気圧タンク
６０ 脈動防止アキュムレータ
６２ バイパス流路
６４ リリーフ弁
６６ オイルクーラ
６８ 油圧蓄積アキュムレータ
６９ アキュムレータバルブ
７０ 第１二重管
７１ 上側部材
７２ 第１内側配管
７３ 下側部材
７４ 第１外側配管
７５ ボルト
７６ シール
８０ 第２二重管
８１ タワー側支持機構
８２ 第２内側配管
８４ 第２外側配管
９０ 高圧油配管
９２ 低圧油配管
９４ シュー
Claims (20)
- タワーと、
前記タワーの先端部に設けられたナセルと、
前記ナセルに収納され、回転翼とともに回転する主軸と、
前記ナセルに収納され、前記主軸に取り付けられる油圧ポンプと、
前記タワーの基端部周辺に配置され、前記油圧ポンプから供給される圧油によって駆動される油圧モータと、
前記油圧モータに連結された発電機と、
前記油圧ポンプに接続される第１内側配管及び第１外側配管を有し、前記ナセル側に支持されるとともに前記タワー内部を通って前記タワーの基端部に向かってに延びる第１二重管と、
前記油圧モータに接続される第２内側配管及び第２外側配管を有し、前記第１二重管よりも前記ナセルから遠い側に位置して該第１二重管に嵌合される第２二重管とを備え、
前記第１内側配管は、前記第２内側配管に連通し、前記第２内側配管とともに内側流路を形成し、
前記第１外側配管は、前記第２外側配管に連通し、前記第２外側配管とともに外側流路を形成し、
前記内側流路及び前記外側流路のいずれか一方には、前記油圧ポンプから吐出されて前記油圧モータに送られる高圧油が流れ、
前記内側流路及び前記外側流路の他方には、前記油圧モータから排出されて前記油圧ポンプに戻される低圧油が流れ、
前記ナセル側に支持された前記第１二重管は回転自在に前記第２二重管に接続されていることを特徴とする再生エネルギー型発電装置。 - 前記第１二重管は、前記ナセルに近い側の端部において、前記第１内側配管と前記第１外側配管とが結合されて一体化されていることを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
- 前記内側流路には前記高圧油が流れ、前記外側流路には前記低圧油が流れることを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
- 前記第１内側配管の管壁面と前記第２内側配管の管壁面との間をシールする内側シールをさらに備え、
前記内側シールは、前記内側流路と前記外側流路との間に挟まれるように配置されていることを特徴とする請求項３に記載の再生エネルギー型発電装置。 - 前記第１外側配管の管壁面と前記第２外側配管の管壁面との間をシールする一対の外側シールと、
前記一対の外側シール間に連通する油溜めと、
前記油溜めに連通するタンクとを備えることを特徴とする請求項３に記載の再生エネルギー型発電装置。 - 前記第１二重管は、前記タワーの略全長に亘って、前記ナセル側から前記タワーの基端部まで延びており、
前記第２二重管は、前記タワーの基端部周辺に支持されることを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。 - 前記第２二重管は、底部が閉じられた容器状であり、前記タワーが立設される基礎上に設置されていることを特徴とする請求項６に記載の再生エネルギー型発電装置。
- 前記第１二重管は、前記第２二重管に回転自在に嵌合されており、
前記第１内側配管及び前記第２内側配管が長手方向に相対的に摺動自在、かつ、前記第１外側配管及び前記第２外側配管が長手方向に相対的に摺動自在であることを特徴とする請求項６に記載の再生エネルギー型発電装置。 - 前記タワーの内周面に固定され、前記第１二重管の前記第１外側配管の外周面に該第１外側配管の径方向外方から接触する支持手段をさらに備え、
前記支持手段は、前記第１二重管を回転自在かつ長手方向に摺動自在に支持することを特徴とする請求項６に記載の再生エネルギー型発電装置。 - 前記第１内側配管及び前記第２内側配管の間に設けられ、前記第１内側配管を回転自在に前記第２内側配管に支持する内側軸受と、
前記第１外側配管及び前記第２外側配管の間に設けられ、前記第１外側配管を回転自在に前記第２外側配管に支持する外側軸受とをさらに備え、
前記内側軸受は、前記第１内側配管に対してその長手方向に摺動自在であり、
前記外側軸受は、前記第１外側配管に対してその長手方向に摺動自在であることを特徴とする請求項６に記載の再生エネルギー型発電装置。 - 前記第１二重管は、前記ナセル側から前記タワーの途中まで延びており、
前記第２二重管は、前記タワーに支持されていることを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。 - 前記第１二重管を前記第２二重管に回転自在に支持し、前記第１二重管及び前記第２二重管の長手方向に沿ったスラスト荷重を受けるスラスト軸受をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の再生エネルギー型発電装置。
- 前記スラスト軸受は、前記スラスト荷重に加えて、径方向に沿ったラジアル荷重をも受けるテーパコロ軸受であることを特徴とする請求項１２に記載の再生エネルギー型発電装置。
- 前記第１二重管と前記第２二重管とは、前記第１内側配管及び前記第２内側配管が長手方向に相対的に摺動自在、かつ、前記第１外側配管及び前記第２外側配管が長手方向に相対的に摺動自在となるように嵌合されていることを特徴とする請求項１１に記載の再生エネルギー型発電装置。
- 前記ナセル内において前記油圧ポンプと前記第１二重管との間に設けられ、前記油圧ポンプの脈動を防止する脈動防止アキュムレータをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
- 前記第２二重管と前記油圧モータの間に設けられ、前記油圧モータをバイパスするバイパス流路と、
前記タワーの基端部周辺に配置され、前記バイパス流路に設けられたリリーフ弁と、
前記タワーの基端部周辺に設置され、前記リリーフ弁の下流側に設けられたオイルクーラとをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。 - 前記タワーの基端部周辺に配置され、前記高圧油の油圧を蓄積する油圧蓄積アキュムレータをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。
- 前記再生エネルギー型発電装置は風力発電装置であり、
前記タワーが前記基端部から前記先端部に向かって鉛直方向上方に延びるとともに、
前記回転翼によって風を受けることで前記主軸が回転する請求項１に記載の再生エネルギー型発電装置。 - 前記油圧モータは、グランドレベル近くに配置されることを特徴とする請求項１８に記載の再生エネルギー型発電装置。
- 前記油圧モータは、シーレベル近く又はシーレベルよりも下方に配置されることを特徴とする請求項１８に記載の再生エネルギー型発電装置。
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