JP5276668B2 - 風力タービン用のスイッチギアキャビネット - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つの換気穴が設けられたキャビネットハウジングと、該キャビネットハウジング内に配置され、また、換気穴の前方及び（又は）換気穴内に位置するようにキャビネットハウジングに締結された少なくとも１つのファンとを有する、風力タービン用のスイッチギアキャビネットに関する。本発明は、かかるスイッチギアキャビネットを有する風力タービンに更に関する。

英国特許第１ １９９ ８３１ Ａ号明細書には、閉じた状態にある２つのシャッタがファンのカバーを形成する、ルーフ換気装置が開示されている。シャッタは、開放した状態にて空気流の乱流の形成を減少し得るようにファンが位置する管の外側にてヒンジ止めされている。

シャッタが閉じた状態にあるとき、シャッタは空気通路の開口部を閉じ、また、シャッタが開放した状態にあるとき、ファンは、水の侵入に対して保護されていない。更に、シャッタ及びファンはルーフ上にて締結されており、スイッチギアキャビネットに取り付けることを意図してはいない。

ドイツ国特許第９２ １２ ８７６ Ｕ１号明細書には、軸方向空気入口と、周側部における出口とを有するファンハウジングと、軸及び空気入口の反対側における軸のフィードスルーを有する、ファンハウジング内に配置されたファンホイールとを備えて、水滴を保持する空間と接続されるファンが記載されている。ハウジングは、例えば、円錐形の形状とされ、また、ハウジング側部にて軸のフィードスルーを取り囲む壁保護部を有している。

ファンハウジング内への液体の侵入を防止するため何らの手段も採られていない。それどころか、この侵入は許容されている。
ドイツ国特許第１９６ ３６ ５００ Ｃ２号明細書には、中空の円筒状ケーシングと、該ケーシングに直角に形成されたカラーとを備える、電気絶縁装置用のシールインサートが開示されている。その外端縁にて、カラーには、コーミング部分が設けられており、該コーミング部分の端部には、外方に面する周方向突起が形成されており、該周方向突起は、カバーフレームの端縁領域と係合し、湿気又は水の侵入を防止する。

この配置は、カバーはフレームの形態とされているため、横方向への水の侵入のみを防止することができ、前面からの水の侵入を防止することはできない。この設備装置は、表面下に取り付けることを目的としており、スイッチギアキャビネット内に取り付けることを目的とはしていない。

英国特許第１ １９９ ８３１ Ａ号明細書 ドイツ国特許第９２ １２ ８７６ Ｕ１号明細書 ドイツ国特許第１９６ ３６ ５００ Ｃ２号明細書

冒頭部分に記載した型式のスイッチギアキャビネットは、先行技術から既知であり、例
えば、ピッチ駆動装置を制御する電子部品を受け入れるため風力タービン内にて使用されており、このため、これらのスイッチギアキャビネットは、ピッチスイッチギアキャビネットとも称される。風力タービンにおいて、付近の外気温度が高いとき（時々ある）、スイッチギアキャビネットの面を通じての熱の発散はそれ自体では不十分であることが多いため、スイッチギアキャビネット内にて高パワーとなり、従って、高パワーの損失が生じるとき、ピッチスイッチギアキャビネットの温度（ｃｌｉｍａｔｅ）制御は問題となる。

保護級（ｃｌａｓｓ）に適合し得るよう熱交換器を使用することは可能であろうが、これは、空間及びコストを理由として、一般に実現できない。１つの代替例として標準型のフィルタを使用することが可能であるが、これらフィルタは、スイッチギアキャビネットが規定された位置を有し、フィルタファンのスラット又はスリットを通って水が全く入ることができないとき、要求される保護級を実現するのみである。しかし、ピッチスイッチギアキャビネットは風力タービンのロータ内に又はロータハブ内に配置され、ロータの回転のため、絶えず、位置が変化するから、ピッチスイッチギアキャビネットによりこの規定された位置は提供されない。商業的に入手可能なフィルタファンの外側部に配置されたスラットは、通常の取り付け位置にて下方を向いており、このため、ファンの空気入口開口部は、上方からの水ジェットに対してカバーがされている。しかし、風力タービンのロータ内にて使用されるとき、フィルタファンは、スラットが上方を向く位置を通って進み、このため、水の侵入を容易に許容する。この明細書において、ロータハブ内にて無視し得ない量の水（例えば、ロータブレードからの凝縮水）が予想される。

この先行技術に基づいて、本発明の基本となる目的は、絶えず位置が変化するときであっても、ファン内への水の侵入を防止することのできるよう冒頭部分に記載した型式のスイッチギアキャビネットを改良することである。

この目的は、請求項１に記載のスイッチギアキャビネットにより本発明に従って実現される。好ましい改良点は、従属請求項に記載されている。
風力タービン用の本発明に従ったスイッチギアキャビネットは、少なくとも１つの換気穴が設けられたキャビネットハウジングと、該キャビネットハウジング内に配置され、また、換気穴の前方及び／又は換気穴内に位置するようにキャビネットハウジングに締結された少なくとも１つのファンとを備えている。換気穴の開口部は、カバーの内部に係合する周方向コーミング部分によりキャビネットハウジングの外側部にて取り囲まれており、このカバーは、前面側にて閉じられ、また、キャビネットハウジングの外側部に設けられ、ファンとキャビネットハウジングの周囲環境との間に少なくとも１つの空気透過性接続部を形成する。

コーミング部分により取り囲まれ又は包み込まれた空間、従って、また、ファンは、前面からの水の侵入に対してカバーの閉じた前面部により保護されている。更に、コーミング部分がカバーの内部に係合することは、空気透過性接続部のラビリンス様の輪郭外形を提供し、このため、コーミング部分により取り囲まれたこの空間内への、従って、ファン内への水の横方向への侵入を防止することも可能である。カバーがあるにも拘わらず、空気透過性接続部のため、ハウジングの内側と周囲環境との間にて空気の交換が可能である。

空気透過性接続部は、少なくともコーミング部分とカバーとの間の部分内にて伸びることが好ましく、カバーは、この目的のため、特に、コーミング部分の周面から、又は包み込む外面からある距離に位置している。更に、空気透過性接続部は、コーミング部分の前縁の回りからコーミング部分により取り囲まれ又は包み込まれた空間内に伸びて、コーミング部分の前縁が特に、カバーの閉じた前面側からある距離に位置するようにすることが
好ましい。

カバーには、コーミング部分の回りを取り囲み且つ、特にコーミング部分からある距離に位置する周方向側面部が設けられており、このため、空気透過性接続部は、少なくとも部分的に、該周方向側面部とコーミング部分との間に存在するようにすることが好ましい。この場合、周方向側面部とコーミング部分との間の包み込まれた空間は、周方向の自由空間であり、この自由空間は、特に、空気透過性接続部の一部分を形成するようにすることが好ましい。このため、ハウジングの内部と周囲環境との間にて空気を交換するため相対的に大きい空気通路の面積が利用可能となる。特に、周方向側面部は、コーミング部分の上方にて少なくとも部分的に係合する。

コーミング部分の周面又は包み込む外面には、周方向凹部が設けられ、このため、横方向に入る水がコーミング部分の前縁の回りを通り、コーミング部分により取り囲まれ又は包み込まれた空間に入ることができないようにすることが好ましい。凹部は、特に、Ｕ字形、Ｖ字形又は凹状の設計とされる。

コーミング部分は、円形、楕円形又は多角形の周方向外形を有することができる。カバーは、コーミング部分の周方向外形に従う周方向外形を有し、このため、カバーは、また、円形、楕円形又は多角形の周方向外形を有するようにすることが更に好ましい。カバーは、特に、皿形状及び／又はＵ字形の断面をしている。カバーは、キャビネットハウジングに向けて面する開口部を更に有し、この開口部を通してコーミング部分はカバーの内部と係合し、カバーの当該外面又は外面の全体が液体又は噴霧した水に対して不透過性であるような設計とされることが好ましい。

コーミング部分は、特に、キャビネットハウジングの外側部にて締結され、また、該外側部と一体的に形成することができる。しかし、好ましくは、キャビネットハウジングの外側部に締結されたコーミング部分は、別体の構成要素である。更に、コーミング部分とキャビネットハウジングとの間の接続部は、特に、液体又は噴霧した水に対して不透過性な設計とされ、このため、コーミング部分とキャビネットとの間の空隙内への液体の侵入を防止することができるようにする。カバーは、キャビネットハウジングの外側部に締結することもできる。しかし、カバーは、コーミング部分にて締結されることが好ましく、この場合、コーミング部分とカバーとの間に分離板を設けることができる。

キャビネットハウジング内に配置されたファンは、換気穴の前面側及び／又は換気穴内に位置し且つ換気穴に係合することができる。ファンが換気穴に係合し且つ、キャビネットハウジングの外側部にて突き出し、このためファンは、コーミング部分により取り囲まれ又は包み込まれた空間内に係合し、このためコーミング部分により取り囲まれるようにすることが更に可能である。

ファンは、スラットを備えることが好ましい。ファンは、特に、スラットによりカバーをされたフィルタ又は塵フィルタを備えることが更に好ましい。このため、比較的安価に入手することのできる商業的に利用可能なフィルタファンを使用することが可能である。

カバー及びコーミング部分は、金属及び／又はプラスチックから成るものとすることができる。キャビネットハウジングは、金属及び／又はプラスチックにて出来たものとすることが更に可能である。好ましくは、キャビネットハウジングは、閉じたハウジングとして形成され、このハウジングには、特に、取り外し可能な蓋又は開放可能なシャッタ又はドアが設けられ、ハウジングの内部に対して閉じ可能なアクセス経路を提供するようにする。

本発明は、ホルダと、ホルダに回転し得るように取り付けられたロータであって、
少なくとも２つのロータブレードを備え、発電装置に連結された上記ロータとを備え、少なくとも１つのスイッチギアキャビネットが好ましくは、そのロータハブにてロータ内に又はロータ上に締結された、風力タービンに更に関する。スイッチギアキャビネットは、特に、上記形態の全てに従って改良することのできる、本発明によるスイッチギアキャビネットである。

本発明は、図面に関して１つの好ましい実施の形態を利用して以下に説明する。

本発明の１つの実施の形態に従ったスイッチギアキャビネットを有する風力タービンの概略図である。 図１によるスイッチギアキャビネットの部分断面図である。 カバーを除去した、スイッチギアキャビネットの外観図である。 カバーを取り付けた、スイッチギアキャビネットの外観図である。

図１は、基礎２上に立つタワー３と、基礎２から離れたタワーの端部に配置された動力ハウス４とを備える、風力タービン１の概略図を示す。動力ハウス４は、ホルダ（支持体）５を備えており、該ホルダ５上には、ロータハブ７と、該ロータハブと接続されたロータブレード８とを備えるロータ６が回転可能に取り付けられている。ロータ６は、動力ハウス４内に配置され且つ支持体５上にて締結された発電装置９と機械的に連結されている。

スイッチギアキャビネット１０は、ロータハブ７内に配置され且つ締結されており、また、特に、ピッチ駆動装置１２を作動させるべく使用される電子部品１１を備えており、該ピッチ駆動装置１２によりロータブレード８を、ロータハブ７に対してそれらのそれぞれの長手方向軸線１３の回りにて回転させることができる。ロータ６は、ロータ軸線１５の回りにて風力１４により回転されるため、スイッチギアキャビネット１０も、また、ロータハブ７と共に回転する。

図２は、複数の壁１７、１８、１９を有するキャビネットハウジング１６を備える、スイッチギアキャビネット１０の部分断面図を示す。フィルタファン２１がキャビネットハウジング１６の内部２０内に配置され且つ締結されており、また、壁１８に設けられた連続的な換気穴２２を貫通して伸びている。ファン２１は、前面側にスラット２３が設けられており、該スラットは、図示したように、スイッチギアキャビネット１０の位置において、ファン２１から斜め下方に伸びている。ハウジング１６の外側部にて、換気穴２２の開口部は、周方向コーミング部分２４により取り囲まれ又は包み込まれており、該周方向コーミング部分２４は、ハウジング壁１８の外側部に締結されている。ファン２１の一部分は、スラット２３と共に、コーミング部分２４により取り囲まれ又は包み込まれた空間２５内に位置している。コーミング部分２４は、閉じた前面２８と、コーミング部分２４の上方にて部分的に係合する周方向側面部２９とを備える、皿形状のカバー２７の内部２６内に係合する。カバー２７は、ねじ接続部３７（概略図的にのみ図示）によってコーミング部分２４上にて締結されており、また、ねじ接続部からある距離に位置し、空気通路３０を生じさせ、該空気通路３０は、ファン２１又は換気穴２２とキャビネットハウジング１６の周囲環境３１との間に空気透過性接続部を形成する。ファン２１は、このため、周囲環境３１から空気を吸引し、その空気をハウジング１６の内部２０内に運ぶ。この目的のため、空気は、例えば、矢印３２の方向に向けて空気供給通路３０内に流れ、次に、コーミング部分２４の前端縁３６の回りにて矢印３３の方向に向けて内部２５内に流れ、そこから矢印３４の方向に向けてファン２１を通ってハウジング１６の内部２０内に流れる。ファン２１を逆作動させることにより、空気を内部２０から周囲環境３１内に排出す
ることが勿論、可能であり、この場合、空気は、矢印３４、３３、３２の方向と反対の方向に向けて流れる。

コーミング部分２４の包み込む外面３５は、凹状の設計とされており、このため、横方向に侵入する水は、コーミング部分２４の前縁３６を介して内部２５に入ることはできない。

図３は、カバー２７を除去した、スイッチギアキャビネット１０の外観図を示し、この図において、コーミング部分２４は、ほぼ四角形の周方向外形を有することが理解できる。図４は、カバー２７を装着した、図３による外観図を更に示し、このためカバー２７は、また、ほぼ四角形の周方向外形を有することが理解できる。

１ 風力タービン
２ 基礎
３ タワー
４ 動力ハウス
５ 支持体／ホルダ
６ ロータ
７ ロータハブ
８ ロータブレード
９ 発電装置
１０ スイッチギアキャビネット
１１ 電子部品
１２ ピッチ駆動装置
１３ ロータブレードの長手方向軸線
１４ 風力
１５ ロータ軸線
１６ キャビネットハウジング
１７ ハウジング壁
１８ ハウジング壁
１９ ハウジング壁
２０ ハウジングの内部
２１ フィルタファン
２２ 換気穴
２３ スラット
２４ コーミング部分
２５ コーミング部分により取り囲まれた空間
２６ カバーの内部
２７ カバー
２８ カバーの前面
２９ カバーの周方向側面部
３０ 空気供給通路
３１ 周囲環境
３２ 空気流
３３ 空気流
３４ 空気流
３５ コーミング部分の外面
３６ コーミング部分の前端縁
３７ ねじ接続部

Claims (10)

1. 少なくとも１つの換気穴（２２）が設けられたキャビネットハウジング（１６）と、該キャビネットハウジング（１６）内に配置され、また、前記換気穴（２２）の前方及び／又は該換気穴（２２）内に位置するように前記キャビネットハウジング（１６）に締結された少なくとも１つのファン（２１）とを備える、風力タービン用のスイッチギアキャビネットであって、
   前記換気穴（２２）の開口部は、カバー（２７）の内部（２６）内に係合する周方向コーミング部分（２４）によりキャビネットハウジング（１６）の外側部にて取り囲まれており、該カバーは、前面側にて閉じられ、また、前記キャビネットハウジング（１６）の外側部に設けられ、前記ファン（２１）と前記キャビネットハウジング（１６）の周囲環境（３１）との間に少なくとも１つの空気透過性接続部（３０）を形成するようにした、風力タービン用のスイッチギアキャビネットにおいて、
   前記カバー（２７）は、閉じた前面と、該前面から後方に伸び、また、前記コーミング部分（２４）の回りを取り囲み且つ前記コーミング部分からある距離に位置する周方向側面部（２９）とを備え、該周方向側面部と前記コーミング部分（２４）との間に前記空気透過性接続部（３０）が存在することを特徴とする、風力タービン用のスイッチギアキャビネット。
2. 請求項１に記載のスイッチギアキャビネットにおいて、前記カバー（２７）の周方向外形は、前記コーミング部分（２４）の周方向外形に従うことを特徴とする、スイッチギアキャビネット。
3. 請求項１又は２に記載のスイッチギアキャビネットにおいて、前記コーミング部分（２４）の周面（３５）には、周方向凹所が設けられることを特徴とする、スイッチギアキャビネット。
4. 請求項１から３の何れか１つの項に記載のスイッチギアキャビネットにおいて、前記カバー（２７）は、Ｕ字形の断面であることを特徴とする、スイッチギアキャビネット。
5. 請求項１から４の何れかの１つの項に記載のスイッチギアキャビネットにおいて、前記コーミング部分（２４）及び前記カバー（２７）は、多角形の周方向外形を有することを特徴とする、スイッチギアキャビネット。
6. 請求項１から５の何れか１つの項に記載のスイッチギアキャビネットにおいて、前記ファン（２１）は、前記換気穴（２２）を貫通して延在することを特徴とする、スイッチギアキャビネット。
7. 請求項１から６の何れか１つの項に記載のスイッチギアキャビネットにおいて、前記ファン（２１）はスラット（２３）を備えることを特徴とする、スイッチギアキャビネット。
8. 請求項１から７の何れか１つの項に記載のスイッチギアキャビネットにおいて、前記換気穴（２２）は、前記キャビネットハウジング（１６）の壁（１８）に設けられ、前記周方向側面部（２９）は該壁からある距離に位置することを特徴とする、スイッチギアキャビネット。
9. 請求項８に記載のスイッチギアキャビネットにおいて、前記カバー（２７）は、前記壁（１８）から離れた側に閉じた前面（２８）を備え、該閉じた前面から前記周方向側面部（２９）は前記壁（１８）の方向に向けて伸び且つ前記コーミング部分（２４）と重なり合うことを特徴とする、スイッチギアキャビネット。
10. ホルダ（５）と、
    前記ホルダ（５）に回転するよう取り付けられ、少なくとも２つのロータブレード（８）を備え且つ発電装置（９）に連結されたロータ（６）とを備える、風力タービンにおいて、
    請求項１から９の何れか１つの項に記載の少なくとも１つのスイッチギアキャビネット（１１）が、前記ロータ（６）内にて又は該ロータ上に締結されることを特徴とする、風力タービン。

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