JP4995357B1 - 再生エネルギー型発電装置 - Google Patents

Abstract

油圧トランスミッションの作動油を効率よく冷却することができる冷却機構を備えた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。再生エネルギー型発電装置１は、タワー２と、タワーの先端部２Ｂに旋回自在に支持されたナセル４と、回転翼６Ｂとともに回転する主軸１４と、主軸１４の回転によって駆動される油圧ポンプ８と、油圧ポンプ８から供給される作動油によって駆動される油圧モータ１０と、油圧モータ１０に連結された発電機１２と、油圧ポンプ８と油圧モータ１０との間に設けられ、作動油が流れる作動油ライン３０と、中間熱交換器５２を介して作動油を冷却する冷媒が循環する冷媒ライン４０と、冷媒を、タワー基部周辺の海水、湖水、河川水または地下水からなる冷水源と熱交換することによって冷却する主熱交換器５１とを備え、作動油ライン３０及び冷媒ライン４０の一方が、ナセル４側に支持される第１配管３１、３４と、タワー２側に支持される第２配管３２、３３と、第１配管３１、３４と第２配管３２、３３とを相対的に旋回自在に接続する接続部１００とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、油圧トランスミッションを介して、再生エネルギー源から得られる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し、特に、油圧トランスミッションの冷却機構を備えた再生エネルギー型発電装置に関する。

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、河流あるいは海流エネルギーを利用した潮流発電装置等の再生エネルギー型発電装置の普及が進んでいる。これらの再生エネルギー型発電装置は、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、機械式（ギヤ式）の増速機を備える再生エネルギー型発電装置の場合、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。

油圧トランスミッションを備える再生エネルギー型発電装置として、例えば、特許文献１には、ナセル内に油圧ポンプ、油圧モータ及び発電機が設けられた風力発電装置が記載されている。この風力発電装置では、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なっている（特許文献１のＦｉｇ．７参照）。
また、特許文献２には、ナセル内に油圧ポンプが設けられ、タワー下部に油圧モータ及び発電機が設けられており、油圧ポンプと油圧モータとが配管で接続された風力発電装置が記載されている。

一方、再生エネルギー型発電装置の大型化により発電機の出力が増加すると、発電機からの熱損失も大きくなる。特に、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備える再生エネルギー型発電装置では、発電機の熱損失に加えて、油圧トランスミッションからの熱損失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熱発生源の冷却機構を備えた再生エネルギー型発電装置の開発が望まれる。

そこで、特許文献３には、コンバータや、変圧器や、制御装置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、タワー外周面に取り付けられた複数の熱交換器を有し、該熱交換器において、コンバータや、変圧器や、制御装置を冷却した後の冷媒を大気と熱交換させるようになっている。
また、特許文献４には、複数のデバイス（コンバータ、変圧器、軸受箱、発電機等）を冷却するための風力発電装置用の冷却装置が記載されている。この冷却装置は、複数のデバイスを冷却した後の冷却水を、タワーやナセルの外壁に取り付けられた熱交換器によって冷却するようになっている。

国際公開第２００７／０５３０３６号 国際公開第２００９／０６４１９２号 欧州特許出願公開第１７９８４１４号明細書 欧州特許出願公開第２００７１８４号明細書

通常、油圧トランスミッションを備えた再生エネルギー型発電装置は、風力や潮流、河流あるいは海流等の再生エネルギーを利用するため、外気温や水温等の周囲環境の温度変化が大きい場所に設置されることが多く、これにともない油圧トランスミッションの作動油温度も変化する。作動油は温度変化によって粘度が変化し、低温では作動油が高粘度となって油圧トランスミッションのエネルギーロスが大きくなり、高温では作動油の粘度低下により作動油の劣化速度が速くなったり、潤滑性が悪化して摺動部の損耗が生じたり、油漏れが多くなったりしてしまう。したがって、油圧トランスミッションを備える発電装置においては、作動油を適切な温度に保つことが求められるが、特許文献３、４等に開示される従来の技術にはこういった構成が何ら開示されていない。

また、特許文献３、４に開示される冷却装置は、熱発生源を冷却した後の冷媒を大気と熱交換させる構成となっているが、一般に、空冷は水冷ほど熱交換効率が高くないため、大気を取り込むファンを大型化したり、ファンを多数設置したりする必要があった。
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、油圧トランスミッションの作動油を効率よく冷却することができる冷却機構を備えた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、再生エネルギーから電力を生成する再生エネルギー型発電装置であって、タワーと、前記タワーの先端部に、旋回自在に支持されたナセルと、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、前記主軸の回転によって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプから供給される作動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、前記油圧ポンプと前記油圧モータとの間に設けられ、前記作動油が流れる作動油ラインと、中間熱交換器を介して前記作動油を冷却する冷媒が循環する冷媒ラインと、前記冷媒を、前記タワー基部周辺の海水、湖水、河川水または地下水からなる冷水源と熱交換することによって冷却する主熱交換器とを備え、前記作動油ライン及び前記冷媒ラインの一方が、前記ナセル側に支持される第１配管と、前記タワー側に支持される第２配管と、前記第１配管と前記第２配管とを相対的に旋回自在に接続する接続部とを有することを特徴とする。

本発明によれば、作動油の冷却に用いられる冷媒を、タワー基部周辺の海水、湖水、河川水または地下水からなる冷水源と熱交換することによって冷却するようにしたので、水冷により高効率で冷媒を冷却することができる。
また、作動油ライン及び冷媒ラインの一方を、ナセル側に支持される第１配管と、タワー側に支持される第２配管とに分割し、スイベル構造を有する接続部によって第１配管と第２配管とが相対的に旋回自在となるように接続したので、ナセルが旋回しても、ナセル側の第１配管とタワー側の第２配管との間で流体のやり取りを円滑に行うことができる。

上記再生エネルギー型発電装置において、前記油圧モータは、前記タワーの前記先端部と前記基部との間に配置され、前記作動油ラインが、前記ナセル内の前記油圧ポンプから前記タワー内の前記油圧モータまで延設されており、前記作動油ラインは、前記第１配管、前記第２配管及び前記接続部を有し、前記第１配管が前記油圧ポンプに接続され、前記第２配管が前記油圧モータに接続されていてもよい。

このように、油圧モータがタワーの先端部と基部との間に配置されるようにしたので、作動油ラインがタワー側まで延設されることとなり、タワー内で作動油と冷媒とを熱交換させることができるため、作動油を冷却するための冷媒ラインをナセルまで延設する必要がなくなる。したがって、冷媒ラインによってナセル高さまで冷媒を汲み上げる場合に比べて、ポンプの動力を小さくでき、またポンプを小型化することも可能である。

あるいは、上記再生エネルギー型発電装置において、前記油圧モータは前記ナセル側に支持され、一方、前記中間熱交換器は前記タワー側に支持されており、前記作動油ラインは、前記油圧ポンプと前記油圧モータとの間を作動油が循環する作動油循環ラインと、前記作動油循環ラインの低圧側から分岐して前記中間熱交換器を通って前記作動油循環ラインに戻る作動油分岐ラインとを含み、前記作動油分岐ラインは、前記第１配管、前記第２配管及び前記接続部を有し、前記第１配管が前記作動油循環ラインに接続され、前記第２配管が前記中間熱交換器に接続されていてもよい。

このように、油圧モータがナセル側に支持され、作動油循環ラインから分岐した作動油分岐ラインがタワー側の中間熱交換器に接続されるようにしたので、作動油流量の多い作動油循環ラインを短くでき、一方、接続部を通る作動油流量を少なくすることができる。これにより配管構造を簡素化することが可能となる。また、作動油分岐ラインは、作動油循環ラインの低圧側から分岐させているため、作動油分岐ライン及び接続部を耐圧性の低い配管で構成することができ、コスト低減が図れる。

あるいは、上記再生エネルギー型発電装置において、前記油圧モータ及び前記発電機は、前記ナセルの内部に配置され、一方、前記中間熱交換器は、前記ナセル側に支持されており、前記冷媒ラインは、前記第１配管、前記第２配管及び前記接続部を有し、前記第１配管が前記中間熱交換器側に接続され、前記第２配管が前記主熱交換器側に接続されていてもよい。
このように、油圧モータ及び発電機はナセルの内部に配置され、ナセル側に支持される中間熱交換器に、接続部を介して冷媒ラインが接続されるようにしたので、接続部を耐圧性の低い配管で構成することができ、コスト低減が図れる。

上記再生エネルギー型発電装置は、前記ナセル側から前記タワー側へ向かう流体が流れる第１流路と、前記タワー側から前記ナセル側へ向かう流体が流れる第２流路と、一又は複数の前記第１流路及び一又は複数の前記第２流路が形成された管状部材と、前記管状部材を取り囲むように設けられ、前記第１流路に設けられた第１連通口を介して前記第１配管に連通した環状流路を含む第１ジャケットと、前記管状部材を取り囲むように設けられ、前記第２流路に設けられた第２連通口を介して前記第２配管に連通した環状流路を含む第２ジャケットとを有し、前記第１ジャケット及び前記第２ジャケットが、軸受を介して前記管状部材に相対的に旋回自在に取り付けられていることが好ましい。

この再生エネルギー型発電装置では、ナセル側からタワー側へ向かう流体は、第１配管に接続される第１ジャケットの環状流路から第１連通口を介して管状部材に形成される第１流路に流入し、第１流路から第２配管に送給される。一方、タワー側からナセル側に向かう流体は、第２配管に接続される第２ジャケットの環状流路から第２連通口を介して管状部材に形成される第２流路に流入し、第２流路から第１配管に送給される。ここで、第１ジャケット及び第２ジャケットは、軸受を介して管状部材に相対的に旋回自在に取り付けられているので、ナセル側からタワー側へ向かう流体、及び、タワー側からナセル側に向かう流体の流れを確保しつつ、ナセル側配管とタワー側配管との相対的な旋回を可能としている。

この場合、前記管状部材には、前記１流路及び前記第２流路のさらに内側に、前記ナセル側から前記タワー側へ延設されるケーブルを収容するケーブル用配管が設けられていてもよい。
これにより、ナセルが旋回した場合であっても、管状部材に設けられたケーブル用配管内にケーブルが収容されているため、ケーブルが損傷することを防止できる。

上記再生エネルギー型発電装置は、前記冷媒ラインに水を供給する水供給源と、前記水に不凍液が添加された冷媒を前記冷媒ライン内で循環させるポンプとをさらに備えることが好ましい。
このように、冷媒ラインに水を供給する水供給源と、冷媒ライン内で冷媒を循環させるポンプとを備えることで、例えば外気温の変化等に応じて、冷媒の循環量を調整することができ、作動油を一定温度に維持することが可能となる。また、不凍液が添加された冷媒を用いることで、外気温が水の凍結温度以下となった場合でも冷媒が凍結することを防止でき、冷却機構の円滑な稼働が可能である。

この場合、前記水供給源が、前記冷媒を貯留する冷媒タンクであり、前記冷媒タンクは前記タワーの上部に配置されるとともに、該冷媒タンクはタワー内空間に開放されていてもよい。
このように、冷媒タンクをタワーの上部に配置し、且つ冷媒タンクがタワー内空間に開放されるようにしたので、冷媒ライン下方における水圧を十分に確保でき、冷媒ラインに接続される各種冷却機器へ確実に冷媒を供給することが可能となる。また、サイホン効果を利用するとポンプの動力を小さくでき、ポンプを小型化することも可能である。

また、上述の場合、前記水供給源が、前記冷媒を貯留する冷媒タンクであり、前記冷媒タンクは前記タワーの内部に配置されるとともに、該冷媒タンクはタワー内空間に対して密閉されていてもよい。
このように、冷媒タンクをタワーの内部に配置し、且つ冷媒タンクがタワー内空間に対して密閉されるようにしたので、例えば冷媒タンクを冷媒ラインの下方に配置するなど、冷媒タンクの配置を自由にできる。

上記再生エネルギー型発電装置において、前記主熱交換器を収容するケーシングの冷水源入口には、前記冷水源に含まれる異物が前記ケーシング内部に混入することを防止するフィルタが設けられていることが好ましい。
上記したように、冷水源は海水、湖水、河川水または地下水からなるため、これらの中には生物等の異物が存在し、これらの異物が主熱交換器の伝熱管に付着すると伝熱効率が低下してしまう。特に、付着生物は伝熱管で増殖するため徐々に伝熱効率が低下してしまうことは避けられない。そこで、本構成のように、主熱交換器を収容するケーシングの冷水源入口にフィルタを設けることにより、異物が伝熱管周囲に入り込むことを防ぎ、伝熱効率の低下を防止できる。

上記再生エネルギー型発電装置において、前記主熱交換器は、前記タワーが設置される基礎に取り付けられていることが好ましい。
これにより、主熱交換器の冷水側を簡素化することができる。

この場合、前記熱交換器の伝熱管周囲に、冷水源の流速を調整する流速調整用構造体が配設され、前記流速調整用構造体と前記伝熱管との間の距離の上限が、前記伝熱管において所定の熱伝達率が得られる距離に基づいて設定され、下限が、前記伝熱管に付着する異物が剥離する距離に基づいて設定されるようにしてもよい。
これは、伝熱管周囲を流れる冷水源の流速は伝熱管の熱伝達率に影響を及ぼすため、適した熱伝達率が得られるように伝熱管周囲に流速調整用構造体を配置している。そこで、流速調整用構造体と伝熱管との間の距離の上限が、伝熱管において所定の熱伝達率が得られる距離に基づいて設定されることで、冷媒の冷却に適した熱伝達率を得ることが可能となる。また、流速調整用構造体と伝熱管との間の距離の下限が、伝熱管に付着する異物が剥離する距離に基づいて設定されることで、伝熱管への異物の堆積を抑制することができる。

また、上述の場合、前記主熱交換器の伝熱管表面に前記冷水源を噴射するスプレーノズルを設けるようにしてもよい。
これにより、冷水源に含まれる異物が主熱交換器の伝熱管に付着した場合であっても、スプレーノズルから噴射する冷水源によって異物を剥離することができる。このように、スプレーノズルによって物理的に異物を剥離する構成とすることで、有害成分を含む塗料を伝熱管に塗布したり、塩素を注入したりすることなく伝熱管への異物の付着、堆積を抑制でき、環境負荷を小さくすることが可能である。

さらにまた、上述の場合、前記熱交換器は、複数の伝熱管を有する多管式熱交換器であってもよい。
このように、熱交換器に多管式熱交換器を用いることにより、安価で且つ伝熱面積を大きくすることができ、熱交換器での熱交換効率を高く維持することが可能となる。なお、ここでいう熱交換器とは、主熱交換器または中間熱交換器のことである。

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。

さらに、上記再生エネルギー型発電装置において、前記ナセル内に収納され、前記ナセルの周囲から取り込んだ空気によって前記発電機を冷却する発電機冷却器をさらに備えることが好ましい。
このように、水冷による冷媒の冷却と、空冷による発電機の冷却とを組み合わせることで、再生エネルギー型発電装置の効率的な冷却機構を構築できる。

別の態様において、本発明に係る再生エネルギー型発電装置は、再生エネルギーから電力を生成する再生エネルギー型発電装置であって、タワーと、前記タワーの先端部に、旋回可能に支持されたナセルと、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、前記主軸の回転によって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプから供給される作動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、前記油圧ポンプと前記油圧モータとの間に設けられ、前記作動油が流れる作動油循環ラインと、前記作動油を、前記タワー基部周辺の海水、湖水、河川水または地下水からなる冷水源と熱交換することによって冷却する主熱交換器とを備え、前記作動油循環ライン及び該作動油循環ラインから分岐される作動油分岐ラインの一方が、前記ナセル側に支持される第１配管と、前記タワー側に支持される第２配管と、前記第１配管と前記第２配管とを相対的に旋回自在に接続する接続部とを有することを特徴とする。

本発明によれば、作動油を、タワー基部周辺の海水、湖水、河川水または地下水からなる冷水源と熱交換することによって冷却するようにしたので、水冷により高効率で作動油を冷却することができる。
また、作動油循環ライン及び作動油分岐ラインの一方を、ナセル側に支持される第１配管と、タワー側に支持される第２配管とに分割し、スイベル構造を有する接続部によって第１配管と第２配管とが相対的に旋回自在となるように接続したので、ナセルが旋回しても、ナセル側の第１配管とタワー側の第２配管との間で流体のやり取りを円滑に行うことができる。

この場合、前記ナセル内に収納され、前記ナセルの周囲から取り込んだ空気によって前記発電機を冷却する発電機冷却器をさらに備えることが好ましい。
このように、水冷による作動油の冷却と、空冷による発電機の冷却とを組み合わせることで、再生エネルギー型発電装置の効率的な冷却機構を構築できる。

本発明の一の態様では、作動油の冷却に用いられる冷媒を、タワー基部周辺の海水、湖水、河川水または地下水からなる冷水源と熱交換することによって冷却するようにしたので、水冷により高効率で冷媒を冷却することができる。
また、作動油ライン及び冷媒ラインの一方を、ナセル側に支持される第１配管と、タワー側に支持される第２配管とに分割し、スイベル構造を有する接続部によって第１配管と第２配管とが相対的に旋回自在となるように接続したので、ナセルが旋回しても、ナセル側の第１配管とタワー側の第２配管との間で流体のやり取りを円滑に行うことができる。

また、本発明の他の態様では、作動油を、タワー基部周辺の海水、湖水、河川水または地下水からなる冷水源と熱交換することによって冷却するようにしたので、水冷により高効率で作動油を冷却することができる。
また、作動油循環ライン及び作動油分岐ラインの一方を、ナセル側に支持される第１配管と、タワー側に支持される第２配管とに分割し、スイベル構造を有する接続部によって第１配管と第２配管とが相対的に旋回自在となるように接続したので、ナセルが旋回しても、ナセル側の第１配管とタワー側の第２配管との間で流体のやり取りを円滑に行うことができる。

本発明の第１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。 図１の主熱交換器の具体的な構成例を示す側面図である。 図２Ａに示す主熱交換器のＡ−Ａ線断面図である。 図２Ａに示す主熱交換器の斜視図である。 付着物除去機能を有する主熱交換器を示す斜視図である。 他の態様の付着物除去機能を有する主熱交換器を示す斜視図である。 他の態様の付着物除去機能を有する主熱交換器を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る風力発電装置に適用されるスイベル構造の第１構成例を示す図である。 図４のスイベル構造の第１構成例を示すＢ−Ｂ線断面図である。 図４のスイベル構造の第１構成例を示すＣ−Ｃ線断面図である。 本発明の実施形態に係る風力発電装置に適用されるスイベル構造の第２構成例を示す図である。 本発明の実施形態に係る風力発電装置に適用されるスイベル構造の第３構成例を示す図である。 図１の風力発電装置の第１変形例を示す全体構成図である。 図１の風力発電装置の第２変形例を示す全体構成図である。 図１の風力発電装置の第３変形例を示す全体構成図である。 本発明の第２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。 本発明の第３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。 本発明の第４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。

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を示す図である。
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、タワー先端部２Ｂ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。
なお、図１には、風力発電装置１として海面ＳＬ上に設置される洋上風力発電装置を例示しているが、風力発電装置１は、付近に冷水源が存在する陸上に設置されていてもよい。

タワー２は、海面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。

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が取り付けられるとともに、ナセル台板上にはヨー駆動機構１３が配設されている。このナセル旋回機構１９及びヨー駆動機構１３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。

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とで構成されていてもよい。
ヨー駆動機構１３は、例えば、ギヤ１９Ａの軸に直接連結されるか、またはギヤ１９Ａにピニオンを介して連結される減速機と、クラッチと、ヨーモータと、電磁ブレーキと、これらを収納するハウジングとで構成されていてもよい。なお、ヨー駆動機構１３は、タワー２の軸線を中心とした円周上に複数設けられていてもよい。
上記構成を有する場合、クラッチが結合状態で電磁ブレーキがＯＮにされたら、ヨーモータの駆動力が減速機を介してギヤ１９Ａに伝達され、ギヤ１９Ａが内歯車１９Ｂと噛み合いながら回転する。これにより、ナセル４がタワー２に対してヨー方向に旋回する。

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において高圧の作動油（高圧油）が生成される。

油圧モータ１０は、タワー２の先端部２Ｂと基部２Ａとの間におけるタワー内部空間に配置されている。好ましくは、油圧モータ１０は、タワー２の基部２Ａより先端部２Ｂに近い位置、すなわちタワー上方に配置されている。このとき、油圧モータ１０は、タワー２側に支持される。例えば、タワー２に固定して設けられる床、板、または棚等に、油圧モータ１０を据え付けるようにしてもよい。
そして、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ようになっている。
また、油圧モータ１０に出力軸を介して連結される発電機１２も、やはりタワー２側に支持される。この発電機１２も、床、板、または棚等に据え付けるようにしてもよい。
なお、油圧モータ１０と発電機１２との相対的な位置関係は、これらが互いに水平に位置するように配置されてもよいし、図１に示すように、これらが互いに鉛直に位置するように配置されてもよい。

油圧ポンプ８と油圧モータ１０とは、作動油が流れる作動油ライン３０で接続されている。
作動油ライン３０は、油圧ポンプ８から排出される高圧油を油圧モータ１０に供給する高圧側配管と、油圧モータ１０から排出される低圧の作動油（低圧油）を油圧ポンプ８に供給する低圧側配管とを有する。
高圧側配管は、ナセル４側に支持される高圧側第１配管３１と、タワー２側に支持される高圧側第２配管３２とから構成される。高圧側第１配管３１と高圧側第２配管３２との間には、スイベル構造を有する接続部１００が介装されており、接続部１００によって高圧側第１配管３１と高圧側第２配管３２とが相対的に旋回自在に接続されている。
低圧側配管は、ナセル４側に支持される低圧側第１配管３４と、タワー２側に支持される低圧側第２配管３３とから構成される。低圧側第１配管３４と低圧側第２配管３３との間には、上記した接続部１００が介装されており、接続部１００によって低圧側第１配管３４と低圧側第２配管３３とが相対的に旋回自在に接続されている。
スイベル構造を有する接続部１００は、ナセル４の旋回中心に配置される。なお、この接続部１００の構成については後述する。

また、作動油ライン３０は、低圧側第２配管３３から低圧油の少なくとも一部を分岐して中間熱交換器５２に導入し、中間熱交換器５２から排出される低圧油を低圧側第２配管３３に戻す作動油分岐ライン３５をさらに有している。作動油分岐ライン３５で分岐された作動油は、中間熱交換器５２で冷媒と熱交換されることによって冷却され、低圧側第２配管３３に戻されるようになっている。

油圧ポンプ８は、主軸１４によって駆動されて高圧油を生成する。この高圧油は、高圧側配管を介して油圧モータ１０に供給され、該高圧油によって油圧モータ１０が駆動される。このとき、油圧モータ１０に連結された発電機１２が駆動され、発電機１２において電力が生成される。油圧モータ１０から吐出された低圧油は、低圧側配管を介して油圧ポンプ８に供給され、油圧ポンプ８において再び昇圧されて高圧油として油圧モータ１０に送られる。

本実施形態では、作動油ライン３０を流れる作動油の冷却を行う冷却機構をさらに備えている。なお、この冷却機構は、作動油の他にも、ナセル４内またはタワー２内の熱発生源を冷却する各種冷却機器に用いることもできる。以下に、冷却機構を詳細に説明する。
冷却機構は、主に、主熱交換器５１と、中間熱交換器５２と、冷媒ライン４０とを有する。

主熱交換器５１は、冷媒と、タワー２の基部２Ａの周辺の海水、湖水、河川水または地下水からなる冷水源とを熱交換することによって、冷媒を冷却する。図１に示すような洋上風力発電装置では、主熱交換器５１はタワー２の基礎３に取り付けられ、冷媒と海水とを熱交換する構成とすることが好ましい。これにより主熱交換器５１の冷水側の配管構成を簡素化することができる。
中間熱交換器５２は、タワー２内に配設され、作動油と冷媒とを熱交換して、作動油を冷媒によって冷却する。

冷媒ライン４０は、タワー２内に配設され、作動油を冷却する冷媒が循環する閉ループのラインである。ここで、冷媒としては、水、油、または不凍液を添加された水等を用いることができる。具体的には、冷媒ライン４０は、主熱交換器５１と中間熱交換器５２との間に接続され、主熱交換器５１によって海水で冷却された冷媒を中間熱交換器５２に送る冷媒送りライン４１と、中間熱交換器５２と主熱交換器５１との間に接続され、中間熱交換器５２で作動油を冷却した後の冷媒を、主熱交換器５１に戻す冷媒戻しライン４２とを含む。

また、冷媒ライン４０は、冷媒送りライン４１から分岐され冷媒戻しライン４２に合流される冷媒分岐ライン４３を含んでいる。この冷媒分岐ライン４３には、発電機１２を冷却する発電機クーラ５３が設けられている。
発電機クーラ５３は、例えば発電機１２の周囲に設けられた冷却ジャケットとして構成される。発電機クーラ５３では、冷媒分岐ライン４３から供給される冷媒との熱交換によって発電機１２を冷却するようになっている。

さらに、冷媒ライン４０は、冷媒分岐ライン４３と同様に、冷媒送りライン４１から分岐され冷媒戻しライン４２に合流される他の冷媒分岐ライン４４を含んでいる。この冷媒分岐ライン４４には、タワー２内の空間を冷却するタワー冷却器５４が設けられている。
タワー冷却器５４は、ファン及び伝熱管群を備えたファン付き熱交換器として構成される。タワー冷却器５４では、ファンにより吸い込んだ（あるいは押し込んだ）タワー２内の空気が、冷媒分岐ライン４４から伝熱管群に供給された冷媒と熱交換されて冷却されるようになっている。これにより、風力発電装置１のタワー２内に設置される熱発生源からの放熱によって昇温されたタワー２内の空気を効果的に冷却できる。

さらにまた、冷媒ライン４０は、冷媒分岐ライン４４から分岐され、冷媒戻しライン４２に合流される冷媒分岐ライン４５を含んでいる。この冷媒分岐ライン４５には、トランス室２１内の空間を冷却するトランス室冷却器５５が設けられている。ここで、トランス室２１は、発電機１２で発電した電力を変圧するトランスを収納する空間である。
トランス室冷却器５５は、ファン及び伝熱管群を備えたファン付き熱交換器として構成される。トランス室冷却器５５では、ファンにより吸い込んだ（あるいは押し込んだ）トランス室２１内の空気が、冷媒分岐ライン４５から伝熱管群に供給された冷媒と熱交換されて冷却されるようになっている。

また、冷媒ライン４０には、冷媒を貯留する冷媒タンク４８と、冷媒を循環させるポンプ４７とが設けられている。この冷媒タンク４８とポンプ４７とによって、例えば外気温の変化等に応じて、冷媒の循環量を調整することができる。これにより、作動油を一定温度に維持することが可能となる。
冷媒タンク４８は、タワー２の上部、具体的には冷媒ライン４０の高さ方向上部位置に配置され、タワー２内の空間に開放されている。このように、冷媒タンク４８をタワー２の上部に配置し、且つ冷媒タンク４８がタワー２内の空間に開放されるように構成することで、冷媒ライン４０下方における水圧を十分に確保でき、冷媒ライン４０に接続される各種冷却機器（例えば、中間熱交換器５２、発電機クーラ５３、タワー冷却器５４、トランス室冷却器５５）へ確実に冷媒を供給することが可能となる。また、サイホン効果を利用するとポンプ４７の動力を小さくでき、ポンプ４７を小型化することも可能である。

また、上記した主熱交換器５１は、図２Ａ〜図２Ｃに示すような構成を備えていてもよい。ここで、図２Ａは、図１の主熱交換器の具体的な構成例を示す側面図で、図２Ｂは、図２Ａに示す主熱交換器のＡ−Ａ線断面図で、図２Ｃは、図２Ａに示す主熱交換器の斜視図である。
図２Ａ〜図２Ｃに示すように、主熱交換器５１は、冷媒ライン４０からの冷媒が流れる伝熱管５１１を有し、海水が伝熱管５１１の周囲を流れるように構成されている。したがって、海水を流すための配管は設けられていない。また、主熱交換器５１の伝熱管５１１周囲には、海水の流速を調整する流速調整用構造体が配設されている。これは、伝熱管５１１周囲を流れる海水の流速は伝熱管５１１の熱伝達率に影響を及ぼすため、適した熱伝達率が得られるように伝熱管５１１周囲に流速調整用構造体が配置されるものである。

ここでは一例として、伝熱管５１１の周囲に、コンクリートで形成される流速調整用ブロック５０１が設けられた構成を示している。この流速調整用ブロック５０１は、円形状に複数配置されており、隣接するブロック５０１間には海水が流入または流出するように海水流出入孔５０２が設けられている。流速調整用ブロック５０１で囲まれる空間には、海水流出入孔５０２を介して海水が流入し、海水は伝熱管５１１の周囲を通って冷媒を冷却した後、海水流出入孔５０２から空間外部へ流出する。なお、この流速調整用ブロック５０１は、伝熱管５１１周囲の海水の流速を確保するとともに、海水中を流れる大径の異物が伝熱管５１１に接触することを阻止する保護機能も兼ねている。

また、流速調整用ブロック５０１と伝熱管５１１との間の距離の上限が、伝熱管５１１において所定の熱伝達率が得られる距離に基づいて設定され、下限が、伝熱管５１１に付着する異物が剥離する距離に基づいて設定されるようにしてもよい。
このように、流速調整用ブロック５０１と伝熱管５１１との間の距離の上限が、伝熱管５１１において所定の熱伝達率が得られる距離に基づいて設定されることで、冷媒の冷却に適した熱伝達率を得ることが可能となる。
一方、流速調整用ブロック５０１と伝熱管５１１との間の距離の下限が、伝熱管５１１に付着する異物が剥離する距離に基づいて設定されることで、伝熱管５１１への異物の堆積を防止することができる。海洋生物等の異物が伝熱管５１１へ付着、堆積すると熱伝達率が低下してしまうが、伝熱管５１１の周囲にある一定の空間を形成することで伝熱管５１１に堆積した異物は剥離する。したがって、この空間が確保できる距離を下限とすることで、伝熱管５１１への異物への堆積を抑制することができる。

なお、主熱交換器５１にはどのようなタイプの熱交換器を用いてもよいが、安価で且つ伝熱面積を大きくすることができることから、複数の伝熱管５１１を有する多管式熱交換器を用いることが好ましい。これにより、主熱交換器５１１での熱交換効率を高く維持することができる。また、中間熱交換器５２にも同様に、多管式熱交換器を好適に用いることができる。

図３Ａは、付着物除去機能を有する主熱交換器を示す斜視図である。同図に示すように、この主熱交換器５１は、伝熱管５１１の表面に海水を噴射するスプレーノズル５２１を有している。スプレーノズル５２１は伝熱管５１１の周囲に複数設けられている。複数のスプレーノズル５２１はヘッダ５２２にそれぞれ接続される。ポンプ５２３によって汲み上げられた海水は、ヘッダ５２２を介して各スプレーノズル５２１に供給され、各スプレーノズル５２１から伝熱管５１１の表面に噴射されるようになっている。
これにより、海水に含まれる異物が主熱交換器５１の伝熱管５１１に付着した場合であっても、スプレーノズル５２１から噴射する海水によって異物を剥離することができる。

図３Ｂは、他の態様の付着物除去機能を有する主熱交換器を示す斜視図である。なお、同図では、冷媒送りライン４１、冷媒戻しライン４２及びポンプ４７を省略している。この主熱交換器５１’は、伝熱管５１１の周囲に配置され、片面に複数の孔５２６が形成された多孔板ヘッダ５２５を有している。多孔板ヘッダ５２５は、ポンプ５２３で汲み上げた海水を孔５２６から噴出させて、伝熱管５１１の周囲に噴流を供給するようになっている。この噴流によって伝熱管５１１に付着、堆積した異物を剥離することができる。
このように、スプレーノズル５２１または多孔板ヘッダ５２５によって物理的に異物を剥離する構成とすることで、有害成分を含む塗料を伝熱管５１１に塗布したり、塩素を注入したりすることなく伝熱管５１１への異物の付着、堆積を抑制でき、環境負荷を小さくすることが可能である。

図３Ｃは、他の態様の付着物除去機能を有する主熱交換器を示す斜視図である。なお、同図では、冷媒送りライン４１、冷媒戻しライン４２及びポンプ４７を省略している。この主熱交換器５１”は、伝熱管５１１がケーシング５２７に収納された構成となっており、ケーシング５２７には海水入口５２８及び海水出口５２９が形成されている。さらに、海水入口５２８には、海水に含まれる異物がケーシング５２７の内部に侵入することを防止するために、フィルタ５２８ａが設けられている。上述したように、海水中には海洋生物等の異物が存在し、これらが主熱交換器５１の伝熱管５１１に付着すると伝熱効率が低下してしまう。特に、海洋生物が伝熱管５１１に付着すると、ここで増殖するため徐々に伝熱効率が低下してしまうことは避けられない。そこで、本構成のように、主熱交換器５１を収容するケーシング５２７の海水入口５２８にフィルタ５２８ａを設けることにより、異物が伝熱管５１１の周囲に入り込むことを防ぎ、伝熱効率の低下を防止できる。なお、海水出口５２９にもフィルタ５２９ａを設けてもよいことはもちろんである。これらのフィルタ５２８ａ、５２９ａは、交換可能に設けられていることが好ましい。

次に、図４〜図７を用いて、上述した接続部１００の具体的な構成例について説明する。
図４は、本発明の実施形態に係る風力発電装置に適用されるスイベル構造の第１構成例を示す図で、図５Ａは、図４のスイベル構造の第１構成例を示すＢ−Ｂ線断面図で、図５Ｂは、図４のスイベル構造の第１構成例を示すＣ−Ｃ線断面図である。

第１構成例におけるスイベル構造の接続部１００は、タワー２の軸方向に延設された管状部材１１１と、管状部材１１１を取り囲むように設けられた第１ジャケット１１２及び第２ジャケット１１５とを有しており、これらによって、ナセル４側の油圧ポンプ８からタワー２側の油圧モータ１０へ向かう高圧油が流れる第１流路１２１と、油圧モータ１０から油圧ポンプ８へ向かう低圧油が流れる第２流路１２２とが形成される。
管状部材１１１は二重管構造となっており、外管１１１Ａと内管１１１Ｂと隔壁１１Ｃとからなる。隔壁１１Ｃは、外管１１１Ａと内管１１１Ｂとで形成される環状の空間を周方向に仕切り、複数の弧状流路１１４ａ、１１４ｂを形成する。なお、図４Ｂには、弧状流路１１４ａ、１１４ｂが２つ形成されている例を示したが、これより多くの弧状流路が形成されてもよい。

第１ジャケット１１２は、管状部材１１１の外管１１１Ａの外周側に設けられる。第１ジャケット１１２の内壁面と外管１１１Ａの外壁面とから形成される環状流路１１２ａは、第１ジャケット１１２の外周に接続される高圧側第１配管３１に連通している。また、環状流路１１２ａは、外管１１１Ａに設けられた第１連通口１１３を介して、弧状流路１１４ａに連通している。さらに、この弧状流路１１４ａは、外管１１１Ａの外周に接続される高圧側第２配管３２に連通している。そして、環状流路１１２ａ及び弧状流路１１４ａによって第１流路１２１が形成される。高圧側第１配管３１から第１流路１２１に供給される高圧油は、環状流路１１２ａ、第１連通口１１３、弧状流路１１４ａを通って、高圧側第２配管３２へ送出される。

第２ジャケット１１５は、管状部材１１１の外管１１１Ａの外周側に設けられ、第１ジャケット１１２よりもナセル４側に配置されている。第２ジャケット１１５は、ボルト１２５によって第１ジャケット１１２に締結されている。管状部材１１１の弧状流路１１４ｂは、外管１１１Ａの外周に接続される低圧側第２配管３３に連通している。また、弧状流路１１４ｂは、外管１１１Ａに設けられた第２連通口１１６を介して、第２ジャケット１１５の内壁面と外管１１１Ａの外壁面とで形成される環状流路１１５ａに連通している。さらに、環状流路１１５ａは、第２ジャケット１１５の外周に接続される低圧側第１配管３４に連通している。そして、弧状流路１１４ｂ及び環状流路１１５ａによって第２流路１２２が形成される。低圧側第２配管３３から第２流路１２２に供給される低圧油は、弧状流路１１４ｂ、第２連通口１１６、環状流路１１５ａを通って、低圧側第１配管３４へ送出される。

第１ジャケット１１２及び第２ジャケット１１５は、ナセル４側に支持されている。一方、管状部材１１１は、タワー２側に支持されている。また、第１ジャケット１１２と外管１１１Ａとの間には液密性を確保するように軸受１１８が設けられ、第２ジャケット１１５と外管１１１Ａとの間には液密性を確保するように軸受１１９が設けられている。これらの軸受１１８、１１９によって、第１ジャケット１１２及び第２ジャケット１１３は、管状部材１１１に対して相対的に旋回自在に取り付けられている。

上記構成により、ナセル４側の油圧ポンプ８からタワー２側の油圧モータ１０へ向かう高圧油、及び、油圧ポンプ８から油圧モータ１０に向かう低圧油の流れを確保しつつ、第１配管（高圧側第１配管３１、低圧側第１配管３４）と第２配管（高圧側第２配管３２、低圧側第２配管３３）との相対的な旋回を可能としている。したがって、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内の油圧モータ１０との間の高圧油及び低圧油のやり取りを接続部１００を介して行うことができる。

また、上述した第１構成例において、管状部材１１１の内管１１１Ｂで囲まれる空間をケーブル用配管１２４として用いることが好ましい。ケーブル用配管１２４は、ナセル４側からタワー２側まで延設されるケーブル１２５を収容する配管である。ここで、ケーブル用配管１２４には、油圧ポンプ８等のようにナセル４内に配置される電気利用機器への電力供給に用いられる電力ケーブル若しくは制御に用いられる通信ケーブル、ナセル４側に取り付けられる各種計測機器に接続される信号ケーブル、または、回転翼６Ｂやナセル４への落雷の際に電気を逃がす避雷用ケーブル等のケーブル１２５が収容される。
このように、内管１１１Ｂで囲まれる空間をケーブル用配管１２４として用いることによって、ナセル４が旋回した場合であっても、ケーブル１２５が損傷することを防止できる。

図６は、本発明の実施形態に係る風力発電装置に適用されるスイベル構造の第２構成例を示す図である。
第２構成例におけるスイベル構造の接続部１００’は、ナセル４に収納された油圧ポンプ８と、タワー２内に設けられた油圧モータ１０とを、第１二重管１３０及び第２二重管１４０を用いて接続している。
第１二重管１３０はナセル４に固定され、第２二重管１４０はタワー２に固定され、第１二重管１３０及び第２二重管１４０は相対的に回転可能に構成されている。
以下に、第１二重管１３０及び第２二重管１４０の具体的な構成を説明する。

第１二重管１３０は、フランジ部においてボルト１３５で締結された上側部材１３１及び下側部材１３３によって構成されている。なお、上側部材１３１と下側部材１３３との接合面には軸受１３６が設けられ、液密性が保たれている。上側部材１３１は、その上部において油圧ポンプ８の吐出側に、高圧側第１配管３１（図１参照）を介して接続される高圧油入口を有する。下側部材１３３は、上側部材１３１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、低圧側第１配管３４（図１参照）を介して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１３１と下側部材１３３の一部（内周側円筒部）とによって、第１二重管１３０の第１内側配管１３２が形成されている。また、下側部材１３３の一部（外周側円筒部）によって、第１二重管１３０の第１外側配管１３４が形成されている。

一方、第２二重管１４０は、第２内側配管１４２及びこの第２内側配管１４２の外周に設けられる第２外側配管１４４を有する。また、第２二重管１４０の下部には、高圧側第２配管３２（図１参照）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１４０の側面には、低圧側第２配管３３（図１参照）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１３０は、第２二重管１４０に回転自在に嵌合されている。このように嵌合された第１二重管１３０及び第２二重管１４０によって、ナセル４側からタワー２側へ向かう高圧油が流れる第１流路１５１と、タワー２側からナセル４側へ向かう低圧油が流れる第２流路１５２とが形成される。

なお、第１内側配管１３２の内壁面と第２内側配管１４２の外壁面との間には、内側軸受１５５が設けられている。また、第１外側配管１３４の内壁面と第２外側配管１４４の外壁面との間には、外側軸受１５６が設けられている。

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１３０を回転自在に第２二重管１４０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内の油圧モータ１０との間の高圧油及び低圧油のやり取りを第１二重管１３０と第２二重管１４０とを介して行うことができる。

図７は、本発明の実施形態に係る風力発電装置に適用されるスイベル構造の第３構成例を示す図である。
第３構成例におけるスイベル構造の接続部１００”は、タワー２の軸方向に延設された二重管１６０と、二重管１６０を取り囲むように設けられた第１ジャケット１６４及び第２ジャケット１６６とを有しており、これらによって、ナセル４側の油圧ポンプ８からタワー２側の油圧モータ１０へ向かう高圧油が流れる第１流路１７１と、油圧モータ１０から油圧ポンプ８へ向かう低圧油が流れる第２流路１７２とが形成される。

二重管１６０は内管１６０Ａと外管１６０Ｂとからなり、内管１６０Ａの内部には内側流路が形成され、内管１６０Ａ及び外管１６０Ｂにより外側流路が形成されている。
第１ジャケット１６４は、内管１６０Ａの外周側に設けられる。第１ジャケット１６４の内壁面と内管１６０Ａの外壁面とから形成される環状流路１６４ａは、第１ジャケット１６４の外周に接続される高圧側第１配管３１に連通している。また、環状流路１６４ａは、内管１６０Ａに設けられた第１連通口１６１を介して、内側流路に連通している。さらに、この内側流路は、内管１６０Ａの下端部に接続される高圧側第２配管３２に連通している。そして、環状流路１６４ａ及び内側流路によって第１流路１７１が形成される。高圧側第１配管３１から第１流路１７１に供給される高圧油は、環状流路１６４ａ、第１連通口１６１、内側流路を通って、高圧側第２配管３２へ送出される。

第２ジャケット１６６は、外管１６０Ｂの外周側に設けられ、第１ジャケット１６４よりもタワー２側に配置されている。第２ジャケット１６６は、ボルト１７５によって第１ジャケット１６４に締結されている。外側流路は、外管１６０Ｂの外周に接続される低圧側第２配管３３に連通しているとともに、第２ジャケット１６６の内壁面と内管１６０Ａの外壁面との間に形成される環状流路１６６ａに連通している。環状流路１６６ａは、第２ジャケット１６６の外周に接続される低圧側第１配管３４に連通している。そして、外側流路及び環状流路１６６ａによって第２流路１７２が形成される。低圧側第２配管３３から第２流路１７２に供給される低圧油は、外側流路、環状流路１６６ａを通って、低圧側第１配管３４へ送出される。

第１ジャケット１６４及び第２ジャケット１６６は、ナセル４側に支持されている。一方、二重管１６０は、タワー２側に支持されている。第１ジャケット１６４と二重管１６０の内管１６０Ａとの間には液密性を確保するように軸受１７６が設けられている。また、第２ジャケット１６６と内管１６０Ａとの間には液密性を確保するように軸受１７６が設けられ、第２ジャケット１６６と外管１６０Ｂとの間には液密性を確保するように軸受１７７が設けられている。これらの軸受１７６、１７７によって、第１ジャケット１６４及び第２ジャケット１６６は、二重管１６０に対して相対的に旋回自在に取り付けられている。

上記構成により、ナセル４側の油圧ポンプ８からタワー２側の油圧モータ１０へ向かう高圧油、及び、油圧ポンプ８から油圧モータ１０に向かう低圧油の流れを確保しつつ、第１配管（高圧側第１配管３１、低圧側第１配管３４）と第２配管（高圧側第２配管３２、低圧側第２配管３３）との相対的な旋回を可能としている。したがって、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内の油圧モータ１０との間の高圧油及び低圧油のやり取りを接続部１００を介して行うことができる。

上述した第１実施形態によれば、作動油の冷却に用いられる冷媒を、タワー２の基部２Ａ周辺の海水と熱交換することによって冷却するようにしたので、空冷より高効率で冷媒を冷却することができる。
また、作動油ライン３０を、ナセル４側に支持される第１配管と、タワー２側に支持される第２配管とに分割し、スイベル構造を有する接続部１００、１００’、１００”によって、第１配管と第２配管とが相対的に旋回自在となるように接続したので、ナセル４が旋回しても、ナセル４側の第１配管とタワー２側の第２配管との間で流体のやり取りを円滑に行うことができる。

さらに、油圧モータ１０がタワー２の先端部２Ｂと基部２Ａとの間に配置されるようにしたので、作動油ライン３０がタワー２側まで延設されることとなり、タワー２内で作動油と冷媒とを熱交換させることができるため、作動油を冷却するための冷媒ライン４０をナセル４まで延設する必要がなくなる。したがって、冷媒ライン４０によってナセル高さまで冷媒を汲み上げる場合に比べて、ポンプ４７の動力を小さくでき、またポンプ４７を小型化することも可能である。

ここで、図１に示した第１実施形態に係る風力発電装置１の変形例について説明する。なお、以下の変形例においては、図１に示した第１実施形態と異なる構成のみ説明する。
図８に示す第１変形例は、トランス室冷却器５５とタワー冷却器５４とを直列に接続する冷媒分岐ライン４４’を設けた構成としている。冷媒分岐ライン４４’は、冷媒送りライン４１から分岐され冷媒戻しライン４２に合流されるように構成されており、この冷媒分岐ライン４４’にトランス室冷却器５５とタワー冷却器５４とを直列に設けている。冷媒分岐ライン４４’を流れる冷媒は、トランス室冷却器５５によってトランス室２１内の空気と熱交換されてトランス室２１内の空気を冷却する。次いで、トランス室冷却器５５から排出された冷媒は、タワー冷却器５４に供給され、タワー２内の空気と熱交換されてタワー２内の空気を冷却する。これらの冷却器を経た冷媒は、主熱交換器５１に戻される。なお、これらの冷却器は、タワー冷却器５４、トランス室冷却器５５の順に冷媒分岐ライン４４’に設けてもよく、冷却器の配置順は特に限定されるものではない。
このように、複数の熱発生源を直列に接続する冷媒ラインを備えることにより、配管構成を簡素化することができる。

図９に示す第２変形例は、主熱交換器５１を複数台設けた構成となっている。なお、同図には２つの主熱交換器５１ａ、５１ｂを設けた例を示しているが、設置台数は限定されない。冷媒戻しライン４２は、主熱交換器５１ａ、５１ｂの入り口側で２つに分岐され、一方のラインは主熱交換器５１ａに接続され、他方のラインは主熱交換器５１ｂに接続される。各ラインには、冷媒循環用のポンプ４７ａ、４７ｂがそれぞれ設けられている。主熱交換器５１ａ、５１ｂで冷却された冷媒が流れる各ラインは、主熱交換器５１ａ、５１ｂの出口側で合流し、冷媒送りライン４１に接続されている。このように、複数の主熱交換器５１ａ、５１ｂを設けることにより、冷却機能を高くすることができる。なお、主熱交換器の設置台数は、冷却対象となる熱発生源の総発熱量から決定されることが好ましい。

図１０に示す第３変形例は、冷媒ライン４０に接続される冷媒タンク４９がタワー２の内部に配置されるとともに、該冷媒タンク４９がタワー内空間に対して密閉された構成を有している。このように、冷媒タンク４９をタワー２の内部に配置し、且つ冷媒タンク４９がタワー２内の空間に対して密閉されるようにしたので、例えば冷媒タンク４９を冷媒ラインの下方に配置するなど、冷媒タンク４９の配置を自由にできる。なお、同図には冷媒タンク４９を一台設置した場合を示しているが、複数台の冷媒タンク４９を設置してもよいし、図１に示す開放型の冷媒タンク４８と組み合わせて用いてもよい。

［第２実施形態］
次に、図１１を参照して、第２実施形態に係る風力発電装置について説明する。図１１は、本発明の第２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。なお、本実施形態に係る風力発電装置１は、油圧トランスミッション及び作動油ライン３０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１１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。また、図１１においては、ナセル旋回機構１９及びヨー駆動機構１３を省略している。

本実施形態に係る風力発電装置１では、油圧モータ１０及び発電機１２はナセル４側に支持されている。また、中間熱交換器５２はタワー側２に支持されている。
作動油ライン３０は、油圧ポンプ８と油圧モータ１０との間で作動油を循環させる作動油循環ラインと、作動油循環ラインに並行に接続された作動油分岐ライン３８とを有する。
作動油循環ラインは、油圧ポンプ８の作動油出口側と油圧モータ１０の作動油入口側とを接続する高圧油ライン３６と、油圧モータ１０の作動油出口側と油圧ポンプ８の作動油入口側とを接続する低圧油ライン３７とからなる。
作動油分岐ライン３８は、低圧油ライン３７から分岐され、スイベル構造を有する接続部１００を介して、ナセル４側からタワー２側まで延設されて、タワー２側の中間熱交換器５２の入口側に接続される。また、中間熱交換器５２の出口側に接続される作動油分岐ライン３８は、接続部１００を介して、タワー２側からナセル４側まで延設されて、低圧油ライン３７に合流される。なお、接続部１００には、第１実施形態で説明した構成を採用することができる。

低圧油ライン３７から分岐された低圧油は、作動油分岐ライン３８を通って中間熱交換器５２に導入され、中間熱交換器５２で冷媒によって冷却された後、作動油分岐ライン３８を通って低圧油ライン３７に戻される。
このように、油圧モータ８がナセル４側に支持され、低圧油ライン３７から分岐した作動油分岐ライン３７がタワー２側の中間熱交換器５２に接続されるようにしたので、作動油流量の多い作動油ライン３０を短くでき、一方、接続部１００を通る作動油流量を少なくすることができる。これにより配管構造を簡素化することが可能となる。また、作動油分岐ライン３８は、低圧油ライン３７から分岐させているため、作動油分岐ライン３８及び接続部１００を耐圧性の低い配管で構成することができ、コスト低減が図れる。

また、本実施形態に係る風力発電装置１は、空冷によって発電機１２を冷却する発電機クーラ５３’を有していてもよい。
この場合、ナセル４の外周側に、外気を取り込むダクト８１が設けられている。ダクト８１は、吸気口を有しており、ナセル４の壁面に一体的に形成されていてもよい。このとき、外気の取り込みを促進するために、ダクト８１内にファン８２を設置することが好ましい。
ダクト８１で取り込まれた空気は、空気配管８３を介してナセル４内に導かれる。空気配管８３には発電機クーラ５３’が設けられている。発電機クーラ５３’は、例えば発電機１２の周囲に設けられた冷却ジャケットとして構成され、冷却ジャケットの外周をダクト８１で取り込まれた空気が流れることによって発電機１２を冷却する。冷却後の空気は、空気配管８３を通ってナセル外部へ排気される。
また、ダクト８１で取り込まれた空気は、ナセル４内の他の熱発生源の冷却に用いることもできる。例えば、ナセル４内の空気を冷却するナセル冷却器（不図示）の冷却に用いることができる。このように、タワー２内の熱発生源の冷却には主に水冷を用い、ナセル４内の熱発生源には空冷を用いることで、風力発電装置１の熱発生源の効率的な冷却が可能となる。

［第３実施形態］
続いて、図１２を参照して、第３実施形態に係る風力発電装置について説明する。図１２は、本発明の第３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。
なお、本実施形態に係る風力発電装置１は、油圧トランスミッション及び作動油ライン３０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１２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。また、図１２においては、ナセル旋回機構１９及びヨー駆動機構１３を省略している。

本実施形態に係る風力発電装置１では、油圧モータ１０及び発電機１２はナセル４の内部に配置されている。また、中間熱交換器５２もナセル４内に配置されている。
作動油ライン３０は、油圧ポンプ８と油圧モータ１０との間で作動油を循環させる作動油循環ラインと、作動油循環ラインに並行に接続された作動油分岐ライン３８’とを有しており、いずれのラインもナセル４内に配設されている。
作動油循環ラインは、油圧ポンプ８の作動油出口側と油圧モータ１０の作動油入口側とを接続する高圧油ライン３６と、油圧モータ１０の作動油出口側と油圧ポンプ８の作動油入口側とを接続する低圧油ライン３７とからなる。
作動油分岐ライン３８’は、低圧油ライン３７から分岐され、ナセル４内の中間熱交換器５２の入口側に接続される。また、中間熱交換器５２の出口側に接続される作動油分岐ライン３８’は、低圧油ライン３７に合流される。

冷媒ライン４０は、スイベル構造を有する接続部１００を介して、主熱交換器５１と中間熱交換器５２との間に接続される冷媒送りライン４１と、同様に接続部１００を介して、中間熱交換器５２と主熱交換器５１との間に接続される冷媒戻しライン４２とを含んでいる。なお、接続部１００には、第１実施形態で説明した構成を採用することができる。
主熱交換器５１によって海水で冷却された冷媒は、冷媒送りライン４１を通って中間熱交換器５２に供給され、中間熱交換器５２で作動油と熱交換されることによって作動油を冷却した後、冷媒戻しライン４２を通って主熱交換器５１に戻される。
このように、油圧モータ８及び発電機１０はナセル４の内部に配置され、ナセル４側に支持される中間熱交換器５２に、接続部１００を介して冷媒ライン４０が接続されるようにしたので、接続部１００を耐圧性の低い配管で構成することができ、コスト低減が図れる。

また、冷媒ライン４０は、冷媒送りライン４１のナセル４側から分岐され、冷媒戻しライン４２のナセル４側に合流される冷媒分岐ライン４３’を含んでいてもよい。この冷媒分岐ライン４３’には、発電機１２を冷却する発電機クーラ５３が設けられる。発電機クーラ５３は、例えば発電機１２の周囲に設けられた冷却ジャケットとして構成される。発電機クーラ５３では、冷媒分岐ライン４３’から供給される冷媒との熱交換によって発電機１２を冷却するようになっている。

［第４実施形態］
最後に、図４を参照して、第４実施形態に係る風力発電装置について説明する。図１３は、本発明の第４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。
本実施形態に係る風力発電装置１は、冷媒ライン４０を備えておらず、油圧トランスミッションの作動油を海水で直接冷却する構成となっている。なお、本実施形態に係る風力発電装置１では、油圧トランスミッション、作動油ライン３０及び冷媒ライン４０の構成を除く他の構成については、第１実施形態に係る風力発電装置１と同様であるためその詳細な説明を省略する。また、図１３においては、ナセル旋回機構１９及びヨー駆動機構１３を省略している。

本実施形態に係る風力発電装置１では、油圧モータ１０及び発電機１２はナセル４の内部に配置されている。
作動油ライン３０は、油圧ポンプ８と油圧モータ１０との間で作動油を循環させる作動油循環ラインと、作動油循環ラインに並行に接続された作動油分岐ライン７０とを有しており、いずれのラインもナセル４内に配設されている。
作動油循環ラインは、油圧ポンプ８の作動油出口側と油圧モータ１０の作動油入口側とを接続する高圧油ライン３６と、油圧モータ１０の作動油出口側と油圧ポンプ８の作動油入口側とを接続する低圧油ライン３７とからなる。
作動油分岐ライン７０は、ナセル４側に支持される第１配管７１、７４と、タワー２側に支持される第２配管７２、７３とを有している。なお、作動油分岐ライン７０は、低圧油ライン３７に並行に配設されることが好ましい。また、作動油分岐ライン７０には、分岐ライン７０の作動油の流れを形成するポンプ７１が設けられている。

第１配管７１と第２配管７２とは、スイベル構造を有する接続部１００によって相対的に旋回自在に接続されている。同様に、第１配管７３と第２配管７４とは、接続部１００によって相対的に旋回自在に接続されている。この接続部１００には、第１実施形態で説明した構成を採用することができる。
低圧ライン３７から分岐された作動油は、第１配管７１、接続部１００、第２配管７２を順に通って主熱交換器５８に導入される。主熱交換器５８では、海水との熱交換によって冷媒が冷却される。主熱交換器５８から排出される冷媒は、第２配管７３、接続部１００、第１配管７４を順に通って低圧ライン３７に戻される。

本実施形態によれば、作動油を、タワー基部周辺の海水、湖水、河川水または地下水からなる冷水源と熱交換することによって冷却するようにしたので、空冷より高効率で作動油を冷却することができる。
また、作動油循環ラインおよび作動油分岐ライン７０の一方を、ナセル４側に支持される第１配管７１、７４と、タワー２側に支持される第２配管７２、７３とに分割し、スイベル構造を有する接続部１００によって、第１配管７１、７４と第２配管７２、７３とが相対的に旋回自在となるように接続したので、ナセル４が旋回しても、ナセル４側の第１配管７１、７４とタワー側の第２配管７２、７３との間で流体のやり取りを円滑に行うことができる。

また、本実施形態に係る風力発電装置１は、空冷によって発電機１２を冷却する発電機クーラ５３’を有していてもよい。
この場合、ナセル４の外周側に、外気を取り込むダクト８１が設けられており、ダクト８１で取り込まれた空気は、空気配管８３を介してナセル４内に導かれる。空気配管８３には発電機クーラ５３’が設けられている。発電機クーラ５３’は、例えば発電機１２の周囲に設けられた冷却ジャケットとして構成され、冷却ジャケットの外周をダクト８１で取り込まれた空気が流れることによって発電機１２を冷却する。冷却後の空気は、空気配管８３を通ってナセル外部へ排気される。
また、ダクト８１で取り込まれた空気は、ナセル４内の他の熱発生源の冷却に用いることもできる。例えば、ナセル４内の空気を冷却するナセル冷却器（不図示）の冷却に用いることができる。このように、タワー２内の熱発生源の冷却には主に水冷を用い、ナセル４内の熱発生源には空冷を用いることで、風力発電装置１の熱発生源の効率的な冷却が可能となる。

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。

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。

１ 風力発電装置
２ タワー
２Ａ タワー基部
２Ｂ タワー先端部
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
２１ トランス室
３０ 作動油ライン
３１ 高圧側第１配管
３２ 高圧側第２配管
３３ 低圧側第２配管
３４ 低圧側第１配管
３６ 高圧油ライン
３７ 低圧油ライン
３８ 作動油分岐ライン
４０ 冷媒ライン
４１ 冷媒送りライン
４２ 冷媒戻しライン
４３、４４、４４’、４５ 冷媒分岐ライン
５１、５１’、５８ 主熱交換器
５２ 中間熱交換器
５３ 発電機クーラ
５４ タワー冷却器
５５ トランス室冷却器
７０ 作動油分岐ライン
７１、７４ 第１配管
７２、７３ 第２配管
１００、１００’、１００” 接続部

Claims (18)

1. 再生エネルギーから電力を生成する再生エネルギー型発電装置であって、
   タワーと、
   前記タワーの先端部に、旋回自在に支持されたナセルと、
   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、前記主軸の回転によって駆動される油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプから供給される作動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、
   前記油圧ポンプと前記油圧モータとの間に設けられ、前記作動油が流れる作動油ラインと、
   中間熱交換器を介して前記作動油を冷却する冷媒が循環する冷媒ラインと、
   前記冷媒を、前記タワー基部周辺の海水、湖水、河川水または地下水からなる冷水源と熱交換することによって冷却する主熱交換器とを備え、
   前記作動油ライン及び前記冷媒ラインの一方が、前記ナセル側に支持される第１配管と、前記タワー側に支持される第２配管と、前記第１配管と前記第２配管とを相対的に旋回自在に接続する接続部とを有することを特徴とする再生エネルギー型発電装置。
2. 前記油圧モータは、前記タワーの前記先端部と前記基部との間に配置され、
   前記作動油ラインが、前記ナセル内の前記油圧ポンプから前記タワー内の前記油圧モータまで延設されており、
   前記作動油ラインは、前記第１配管、前記第２配管及び前記接続部を有し、
   前記第１配管が前記油圧ポンプに接続され、前記第２配管が前記油圧モータに接続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。
3. 前記油圧モータは前記ナセル側に支持され、一方、前記中間熱交換器は前記タワー側に支持されており、
   前記作動油ラインは、前記油圧ポンプと前記油圧モータとの間を作動油が循環する作動油循環ラインと、前記作動油循環ラインの低圧側から分岐して前記中間熱交換器を通って前記作動油循環ラインに戻る作動油分岐ラインとを含み、
   前記作動油分岐ラインは、前記第１配管、前記第２配管及び前記接続部を有し、
   前記第１配管が前記作動油循環ラインに接続され、前記第２配管が前記中間熱交換器に接続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。
4. 前記油圧モータ及び前記発電機は、前記ナセルの内部に配置され、一方、前記中間熱交換器は、前記ナセル側に支持されており、
   前記冷媒ラインは、前記第１配管、前記第２配管及び前記接続部を有し、
   前記第１配管が前記中間熱交換器側に接続され、前記第２配管が前記主熱交換器側に接続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。
5. 前記ナセル側から前記タワー側へ向かう流体が流れる第１流路と、
   前記タワー側から前記ナセル側へ向かう流体が流れる第２流路と、
   一又は複数の前記第１流路及び一又は複数の前記第２流路が形成された管状部材と、
   前記管状部材を取り囲むように設けられ、前記第１流路に設けられた第１連通口を介して前記第１配管に連通した環状流路を含む第１ジャケットと、
   前記管状部材を取り囲むように設けられ、前記第２流路に設けられた第２連通口を介して前記第２配管に連通した環状流路を含む第２ジャケットとを有し、
   前記第１ジャケット及び前記第２ジャケットが、軸受を介して前記管状部材に相対的に旋回自在に取り付けら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。
6. 前記管状部材には、前記１流路及び前記第２流路のさらに内側に、前記ナセル側から前記タワー側へ延設されるケーブルを収容するケーブル用配管が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の再生エネルギー型発電装置。
7. 前記冷媒ラインに水を供給する水供給源と、
   前記水に不凍液が添加された冷媒を前記冷媒ライン内で循環させるポンプ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。
8. 前記水供給源が、前記冷媒を貯留する冷媒タンクであり、
   前記冷媒タンクは前記タワーの上部に配置されるとともに、該冷媒タンクはタワー内空間に開放されていることを特徴とする請求項７に記載の再生エネルギー型発電装置。
9. 前記水供給源が、前記冷媒を貯留する冷媒タンクであり、
   前記冷媒タンクは前記タワーの内部に配置されるとともに、該冷媒タンクはタワー内空間に対して密閉されていることを特徴とする請求項７に記載の再生エネルギー型発電装置。
10. 前記主熱交換器を収容するケーシングの冷水源入口には、前記冷水源に含まれる異物が前記ケーシング内部に混入することを防止するフィルタが設けら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。
11. 前記主熱交換器は、前記タワーが設置される基礎に取り付けら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。
12. 前記熱交換器の伝熱管周囲に、冷水源の流速を調整する流速調整用構造体が配設され、
    前記流速調整用構造体と前記伝熱管との間の距離の上限が、前記伝熱管において所定の熱伝達率が得られる距離に基づいて設定され、下限が、前記伝熱管に付着する異物が剥離する距離に基づいて設定され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。
13. 前記主熱交換器の伝熱管表面に前記冷水源を噴射するスプレーノズルを設けた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。
14. 前記熱交換器は、複数の伝熱管を有する多管式熱交換器であ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。
15. 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。
16. 前記ナセル内に収納され、前記ナセルの周囲から取り込んだ空気によって前記発電機を冷却する発電機冷却器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。
17. 再生エネルギーから電力を生成する再生エネルギー型発電装置であって、
    タワーと、
    前記タワーの先端部に、旋回可能に支持されたナセルと、
    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、前記主軸の回転によって駆動される油圧ポンプと、
    前記油圧ポンプから供給される作動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、
    前記油圧ポンプと前記油圧モータとの間に設けられ、前記作動油が流れる作動油循環ラインと、
    前記作動油を、前記タワー基部周辺の海水、湖水、河川水または地下水からなる冷水源と熱交換することによって冷却する主熱交換器とを備え、
    前記作動油循環ライン及び該作動油循環ラインから分岐される作動油分岐ラインの一方が、前記ナセル側に支持される第１配管と、前記タワー側に支持される第２配管と、前記第１配管と前記第２配管とを相対的に旋回自在に接続する接続部とを有することを特徴とする再生エネルギー型発電装置。
18. 前記ナセル内に収納され、前記ナセルの周囲から取り込んだ空気によって前記発電機を冷却する発電機冷却器をさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載の再生エネルギー型発電装置。

Images