JP5636444B2 - 風力発電設備 - Google Patents

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Description

【技術分野】
【0001】
本発明は風力発電設備に係り、特に、洋上に設置されるものに好適な風力発電設備に関する。
【背景技術】
【0002】
自然エネルギーの効果的利用が図られている昨今、風力発電設備は、特に採算性のある試みであるとして、世界各国で開発が進められているが、現在、建設されている風力発電設備は、主に湾岸部の陸上に設置されているものが多い。
【0003】
ところが、風力発電の原動力たる風は、障害物のある陸上に比べて洋上のほうが一般に風速が大きく、風向も安定しているため、大電力を得ることができるばかりか、騒音等の公害の原因にもならないことから、陸上ではなく洋上に風力発電設備を設置することが好ましい。
【0004】
通常、風力発電設備は、ブレードにより回転するロータを支持するナセルを備え、このナセルには、ブレードの主軸の回転により回転する発電機等が内蔵されてタワーに支持されて構成されるが、ナセル内の発電機からは、かなりの熱エネルギーが発せられ、しかも、風力発電設備が洋上に配置される場合には、海水の塩害の影響がないように配慮する必要がある。
【0005】
このような課題、即ち、ナセル内に設置された発電機を冷却しつつ、海水の塩害の影響がないように配慮したものとして、特許文献1に記載のものが提案されている。
【0006】
特許文献1には、洋上に設置された風力発電設備が記載され、タワー及びナセル内に海水を循環させる循環ラインと、海水をナセル内に供給するコンプレッサとを有し、海水がナセルを循環した後、タワー底部又はナセルから排出されること、及び循環ラインが閉鎖系であり、冷媒水がナセルを循環した後、タワー底部で海水と熱交換して冷却されることが開示され、これにより、発電機で発生した熱を、海水の塩分の影響がないように風力発電設備内と外界を遮断して、風力発電設備内で熱交換して冷却することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2009−138555号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、特許文献1では、海水をタワー底部からナセルまで上昇供給させるためにコンプレッサを用いているが、大型の風力発電設備では、タワー底部からナセルまでの高さが50mを超えるため、コンプレッサの動力は大きくなってしまう。よつて、損失が生じ、発電機の冷却が良好に行えず、発電効率が低下してしまう恐れがある。
【0009】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、洋上に設置された場合には塩害の影響を受けないことは勿論、設備が大型化してもタワー内に設置された機器及び発電機の冷却は良好に行え、発電効率の低下の恐れのない風力発電設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の風力発電設備は、上記目的を達成するために、ハブとブレードから成るロータと、該ロータに前記ハブに接続された主軸を介して接続される発電機と、該発電機を少なくとも収納し、前記主軸を介して前記ロータを軸支するナセルと、該ナセルを頂部に支持し、その頂部とは反対側が基礎に固定されているタワーとを備えた風力発電設備において、前記風力発電設備は洋上に設置されていると共に、前記基礎近傍の前記タワー内底部と前記タワー外底部の側壁とにそれぞれ熱交換器を設け、かつ、この2つの熱交換器の間に、両者を冷媒が循環する冷媒循環ラインと、海水を海中から吸い上げるポンプを途中に有し、前記ポンプで吸い上げられた海水が前記タワー外底部に設置された熱交換器を通った後、海中に排出する配管とを備え、前記タワー外底部に設置された熱交換器で、前記ポンプで吸い上げられて前記配管を通る海水と前記冷媒循環ラインの冷媒とが熱交換されて前記冷媒循環ラインの冷媒が冷却され、この冷媒が前記冷媒循環ラインを介して前記タワー内底部に配置された熱交換器に導かれ、該タワー内底部に配置された熱交換器に導かれた前記冷媒と前記タワー内の空気とが熱交換され、前記タワー内の空気が冷却されることを特徴とする
【0011】
また、本発明の風力発電設備は、上記目的を達成するために、ハブとブレードから成るロータと、該ロータに前記ハブに接続された主軸を介して接続される発電機と、該発電機を少なくとも収納し、前記主軸を介して前記ロータを軸支するナセルと、該ナセルを頂部に支持し、その頂部とは反対側が基礎に固定されているタワーとを備えた風力発電設備において、前記風力発電設備は洋上に設置されていると共に、前記基礎近傍の前記タワー内底部に熱交換器を設け、前記タワー内底部に設けられた熱交換器の上部に、該熱交換器が収納されている前記タワー内部と隔離されたタワー内部に別の熱交換器を設け、かつ、この隔離された2つの熱交換器の間に、両者を配管を介して冷媒が循環する冷媒循環ラインと、海水を海中から吸い上げるポンプを途中に有し、前記ポンプ吸い上げられた海水が前記タワー底部に設置された熱交換器を通った後、海中に排出する配管とを備え、前記タワー底部に設置された熱交換器で、前記ポンプで吸い上げられて前記配管を通る海水と前記冷媒循環ラインの冷媒とが熱交換されて前記冷媒循環ラインの冷媒が冷却され、この冷媒が前記冷媒循環ラインを介して前記タワー内底部の上部に配置された前記別の熱交換器に導かれ、この別の熱交換器に導かれた前記冷媒と前記タワー内の空気とが熱交換され、前記タワー内の空気が冷却されることを特徴とする。
【0012】
更に、本発明の風力発電設備は、上記目的を達成するために、ハブとブレードから成るロータと、該ロータに前記ハブに接続された主軸を介して接続される発電機と、該発電機を少なくとも収納し、前記主軸を介して前記ロータを軸支するナセルと、該ナセルを頂部に支持し、その頂部とは反対側が基礎に固定されているタワーとを備えた風力発電設備において、前記風力発電設備は洋上に設置されていると共に、前記基礎近傍の前記タワー内底部及び海中にそれぞれ熱交換器を設け、かつ、この2つの熱交換器の間に、両者を配管を介して冷媒が循環する第1の冷媒循環ライン及び前記タワー内底部の熱交換器の上部に、このタワー内底部の熱交換器が収納されているタワー内部と隔離されたタワー内部に別の熱交換器を設置し、この隔離されたタワー内に設置された2つの熱交換器の間に、両者を配管を介して冷媒が循環する第2の冷媒循環ラインを備え、前記海中の熱交換器で海水と熱交換して冷却された冷媒が前記第1の冷媒循環ラインを通って前記タワー内底部の熱交換器に導かれ、このタワー内底部の熱交換器で前記第1の冷媒循環ラインの冷媒と前記第2の冷媒循環ラインの冷媒とが熱交換されて該第2の冷媒循環ラインの冷媒が冷却され、この冷媒が前記第2の冷媒循環ラインを介して前記タワー内底部の熱交換器の上部に配置された前記別の熱交換器に導かれ、この別の熱交換器に導かれた冷媒と前記タワー内の空気が熱交換され、該タワー内の空気とが熱交換されて該タワー内の空気が冷却されることを特徴とする。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、洋上に設置された場合には塩害の影響を受けないことは勿論、設備が大型化してもタワー内に設置された機器及び発電機の冷却は良好に行え、発電効率の低下の恐れがない風力発電設備をえることができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の風力発電設備の参考例1を示す全体構成図である。
【図2】図1におけるタワー底部付近を示す部分断面図である。
【図3】本発明の風力発電設備の参考例2を示し、図2に相当するタワー底部付近の部分断面図である。
【図4】本発明の風力発電設備の実施例を示し、図2に相当するタワー底部付近の部分断面図である。
【図5】本発明の風力発電設備の実施例を示し、図2に相当するタワー底部付近の部分断面図である。
【図6】本発明の風力発電設備の参考例3を示し、図2に相当するタワー底部付近の部分断面図である。
【図7】本発明の風力発電設備の実施例を示し、図2に相当するタワー底部付近の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、図示した実施例に基づき本発明の風力発電設備について説明する。
[参考例1]
図1及び2に、本発明の風力発電設備の参考例1を示す。図1に示す如く、本参考例の風力発電設備は、ハブ3Aとブレード3Bから成るロータ3と、このロータ3にハブ3Aに接続された主軸(図示せず)と増速ギア(図示せず)を介して接続される発電機4と、発電機4や他の電気品を収納し、主軸を介してロータ3を軸支するナセル5と、該ナセル5を頂部に支持し、その頂部とは反対側が基礎1に固定されているタワー2とから概略構成され、洋上に設置されている風力発電設備である。
【0016】
そして、本参考例では、図2に詳細構成を示すように、海底に固定されている基礎1の海水8から突出している部分に固定されたタワー2内の底部(本発明では、タワー2の高さの半分以下をタワー底部とする)に熱交換器6を設け、この熱交換器6には、海水8を導きタワー2内の空気と熱交換した後、海中に排出する配管13が設けられ、更に、配管13のタワー2内の途中には、海水8を海中から吸い上げるポンプ9が設置され、熱交換器6を通る海水8は、配管13を介してポンプ9で循環されるようになっている。
【0017】
また、タワー2内には、冷却されたタワー2内の空気をナセル5に導くダクト7が設置され(図1参照)、冷却されたタワー2内の空気が、熱交換器6の上方に設置されたファン10によって、前記ダクト7に導かれるようになっている。
【0018】
次に、本参考例におけるタワー2内空気の冷却(熱交換)の仕方について説明する。
【0019】
参考例では、海中より配管13を介してポンプ9により吸い上げられた海水8は、熱交換器6を通って海中に排出されるが、この際に、熱交換器6で海水8とタワー2内の空気とが熱交換され、タワー2内の空気が冷却される。
【0020】
冷却されたタワー2内の空気により、タワー内に設置された機器(制御盤、電気機器、変圧器等)15が冷却されると共に、ダクト7を経由してタワー2の頂部に導くことでナセル5内の発電機4を冷却することができる。また、ファン10を用いて、冷却されたタワー2内の空気を強制的にダクト7に流すことにより、冷却効率が更に向上する。
【0021】
このように、本参考例によれば、風力発電設備が洋上に設置されていても、設備内は外界と遮断されているため、設備内に含塩空気が侵入することがないので塩害の影響を受けないし、タワー底部からナセルまでの高さが50mを超える大型の設備であっても発電機の冷却は良好に行え、発電効率の低下の恐れがなくなる風力発電設備を得ることができる。
[参考例2]
図3に、本発明の風力発電設備の参考例2を示す。尚、参考例1と同一構成のものにつては同符号を使用し、その説明は省略する。
【0022】
図3に示す参考例2は、熱交換器6Aが、タワー2の内部ではなく、タワー2外底部の側壁に設置されている点で参考例1と異なる。
【0023】
上記熱交換器6Aには、海水8を導きタワー2内の空気とタワー2の側壁を介して熱交換した後、海中に排出する配管14が設けられ、更に、配管14の途中には、海水8を海中から吸い上げるポンプ9が設置され、タワー2外底部の側壁に設置された熱交換器6Aを通る海水8は、配管14を介してポンプ9で循環されるようになっている。他の構成は、参考例1と同様である。
【0024】
このように構成した参考例2では、参考例1と同様な効果が得られることは勿論、海水8がタワー2内に入らないため、タワー2内に収納されている機器の腐食の恐れが全くなくなる。
【0025】
尚、本参考例では、タワー2と熱交換器6Aが一体になっても同様な効果を得ることができる。例えば、タワー2の外壁に海水を直接かけたり、或いはタワー2の一部が熱交換器になる構造等が考えられる。
[実施例]
図4に、本発明の風力発電設備の実施例を示す。尚、参考例2と同一構成のものにつては同符号を使用し、その説明は省略する。
【0026】
図4に示す実施例は、参考例2の変形例である。該図に示す実施例は、参考例2の構成に加え、タワー2内底部にも熱交換器6を設置し、このタワー2内底部の熱交換器6とタワー2外底部の側壁に設置された熱交換器6Aの間に、両者を配管を介して冷媒(例えば、淡水)が循環する冷媒循環ライン11Aを備えている点で参考例2と異なる。
【0027】
このように構成した実施例では、熱交換器6Aで海水8と冷媒循環ライン11Aの冷媒とが熱交換されて冷媒が冷却され、この冷媒が冷媒循環ライン11Aを介して熱交換器6に導かれ、熱交換器6でタワー2内の空気と熱交換されて、タワー2内の空気が冷却されるので、参考例2と同様な効果が得られる。
[実施例]
図5に、本発明の風力発電設備の実施例を示す。尚、参考例1と同一構成のものにつては同符号を使用し、その説明は省略する。
【0028】
図5に示す実施例は、参考例1の変形例である。該図に示す実施例は、参考例1の構成に加え、タワー2内底部の熱交換器6の上部に、この熱交換器6が収納されているタワー内部2Aと隔離されたタワー内部2Bに別の熱交換器6Cを設置し、このタワー2内底部の2つの熱交換器6と6Cの間に、両者を配管を介して冷媒(例えば、淡水)が循環する冷媒循環ライン11Bを備えている点で参考例1と異なる。
【0029】
このように構成した実施例では、熱交換器6で海水8と冷媒循環ライン11Bの冷媒とが熱交換されて冷媒が冷却され、この冷媒が冷媒循環ライン11Bを介して熱交換器6Cに導かれ、熱交換器6Cでタワー2内の空気と熱交換されて、タワー2内の空気が冷却されるので、参考例1と同様な効果が得られる。また、熱交換器6から万が一海水8が漏れても、熱交換器6が設置されている部屋は、他と隔離されているので、タワー2全体に塩分が広がる恐れはない。
【0030】
尚、本実施例では、熱交換器6を隔離されたタワー内部2Aに設置したが、この熱交換器6が隔離された部屋は、タワー外部に設けても構わない。
[参考例3]
図6に、本発明の風力発電設備の参考例3示す。尚、参考例1と同一構成のものにつては同符号を使用し、その説明は省略する。
【0031】
図6に示す参考例3は、海底に固定されている基礎1の海水8から突出している部分に固定されたタワー2内の底部に熱交換器6を、更に、海水8中の基礎1にも熱交換器6Dをそれぞれ設け、かつ、この2つの熱交換器6と6Dの間に、両者を配管を介して冷媒(例えば、淡水)が循環する第1の冷媒循環ライン12を備えている。
【0032】
そして、海水8中の熱交換器6Dで海水8と熱交換して冷却された冷媒が、第1の冷媒循環ライン12を通ってタワー2内の熱交換器6に導かれ、このタワー2内の熱交換器6で冷媒とタワー2内の空気とが熱交換され、タワー2内の空気が冷却されるものである。
【0033】
尚、第1の冷媒循環ライン12の冷媒は、その途中に設置されたポンプ9で第1の冷媒循環ライン12を循環されている。
【0034】
このように構成した参考例3では、参考例1と同様な効果が得られることは勿論、海水8がタワー2内に入らないため、タワー2内に収納されている機器の腐食の恐れが全くなくなる。
【実施例3】
【0035】
図7に、本発明の風力発電設備の実施例を示す。尚、参考例3と同一構成のものにつては同符号を使用し、その説明は省略する。
【0036】
図7に示す実施例は、参考例3の変形例である。該図に示す実施例は、参考例3の構成に加え、タワー2内底部の熱交換器6の上部に、この熱交換器6が収納されているタワー内部2Aと隔離されたタワー内部2Bに別の熱交換器6Cを設置し、このタワー2内底部の2つの熱交換器6と6Cの間に、両者を配管を介して冷媒(例えば、淡水)が循環する第2の冷媒循環ライン11Bを備えている点で参考例3と異なる。
【0037】
このように構成した実施例では、海水8中の熱交換器6Dで海水8と熱交換して冷却された冷媒が、第1の冷媒循環ライン12を通ってタワー2内の熱交換器6に導かれ、熱交換器6で第1の冷媒循環ライン12の冷媒と第2の冷媒循環ライン11Bの冷媒とが熱交換されて冷媒が冷却され、この冷媒が第2の冷媒循環ライン11Bを介して熱交換器6Cに導かれ、熱交換器6Cでタワー2内の空気と熱交換されて、タワー2内の空気が冷却されるので、参考例3と同様な効果が得られる。また、熱交換器6から万が一海水8が漏れても、熱交換器6が設置されている部屋は、他と隔離されているので、タワー2全体に塩分が広がる恐れはない。
【符号の説明】
【0038】
1…基礎、2…タワー、2A、2B…タワー内部、3…ロータ、3A…ハブ、3B…ブレード、4…発電機、5…ナセル、6、6A、6C、6D…熱交換器、7…ダクト、8…海水、10…ファン、11A、11B…冷媒循環ライン、12…第1の冷媒循環ライン、13、14…配管、15…機器。

Claims (8)

  1. ハブとブレードから成るロータと、該ロータに前記ハブに接続された主軸を介して接続される発電機と、該発電機を少なくとも収納し、前記主軸を介して前記ロータを軸支するナセルと、該ナセルを頂部に支持し、その頂部とは反対側が基礎に固定されているタワーとを備えた風力発電設備において、
    前記風力発電設備は洋上に設置されていると共に、前記基礎近傍の前記タワー内底部と前記タワー外底部の側壁とにそれぞれ熱交換器を設け、かつ、この2つの熱交換器の間に、両者を冷媒が循環する冷媒循環ラインと、海水を海中から吸い上げるポンプを途中に有し、前記ポンプで吸い上げられた海水が前記タワー外底部に設置された熱交換器を通った後、海中に排出する配管とを備え、
    前記タワー外底部に設置された熱交換器で、前記ポンプで吸い上げられて前記配管を通る海水と前記冷媒循環ラインの冷媒とが熱交換されて前記冷媒循環ラインの冷媒が冷却され、この冷媒が前記冷媒循環ラインを介して前記タワー内底部に配置された熱交換器に導かれ、該タワー内底部に配置された熱交換器に導かれた前記冷媒と前記タワー内の空気とが熱交換され、前記タワー内の空気が冷却されることを特徴とする風力発電設備。
  2. ハブとブレードから成るロータと、該ロータに前記ハブに接続された主軸を介して接続される発電機と、該発電機を少なくとも収納し、前記主軸を介して前記ロータを軸支するナセルと、該ナセルを頂部に支持し、その頂部とは反対側が基礎に固定されているタワーとを備えた風力発電設備において、
    前記風力発電設備は洋上に設置されていると共に、前記基礎近傍の前記タワー内底部に熱交換器を設け、前記タワー内底部に設けられた熱交換器の上部に、該熱交換器が収納されている前記タワー内部と隔離されたタワー内部に別の熱交換器を設け、かつ、この隔離された2つの熱交換器の間に、両者を配管を介して冷媒が循環する冷媒循環ラインと、海水を海中から吸い上げるポンプを途中に有し、前記ポンプ吸い上げられた海水が前記タワー底部に設置された熱交換器を通った後、海中に排出する配管とを備え、
    前記タワー底部に設置された熱交換器で、前記ポンプで吸い上げられて前記配管を通る海水と前記冷媒循環ラインの冷媒とが熱交換されて前記冷媒循環ラインの冷媒が冷却され、この冷媒が前記冷媒循環ラインを介して前記タワー内底部の上部に配置された前記別の熱交換器に導かれ、この別の熱交換器に導かれた前記冷媒と前記タワー内の空気とが熱交換され、前記タワー内の空気が冷却されることを特徴とする風力発電設備。
  3. 請求項1に記載の風力発電設備において、
    前記タワー内に、冷却された該タワー内の空気を前記ナセルに導くダクトが設置され、冷却された前記タワー内の空気は、前記タワー内底部に設けられた熱交換器の近傍に設置されたファンによって前記ダクトに導かれていることを特徴とする風力発電設備。
  4. 請求項に記載の風力発電設備において、
    前記タワー内に、冷却された該タワー内の空気を前記ナセルに導くダクトが設置され、冷却された前記タワー内の空気は、前記タワー内底部に設けられた熱交換器の上部に設けられた別の熱交換器の近傍に設置されたファンによって前記ダクトに導かれていることを特徴とする風力発電設備。
  5. ハブとブレードから成るロータと、該ロータに前記ハブに接続された主軸を介して接続される発電機と、該発電機を少なくとも収納し、前記主軸を介して前記ロータを軸支するナセルと、該ナセルを頂部に支持し、その頂部とは反対側が基礎に固定されているタワーとを備えた風力発電設備において、
    前記風力発電設備は洋上に設置されていると共に、前記基礎近傍の前記タワー内底部及び海中にそれぞれ熱交換器を設け、かつ、この2つの熱交換器の間に、両者を配管を介して冷媒が循環する第1の冷媒循環ライン及び前記タワー内底部の熱交換器の上部に、このタワー内底部の熱交換器が収納されているタワー内部と隔離されたタワー内部に別の熱交換器を設置し、この隔離されたタワー内に設置された2つの熱交換器の間に、両者を配管を介して冷媒が循環する第2の冷媒循環ラインを備え、
    前記海中の熱交換器で海水と熱交換して冷却された冷媒が前記第1の冷媒循環ラインを通って前記タワー内底部の熱交換器に導かれ、このタワー内底部の熱交換器で前記第1の冷媒循環ラインの冷媒と前記第2の冷媒循環ラインの冷媒とが熱交換されて該第2の冷媒循環ラインの冷媒が冷却され、この冷媒が前記第2の冷媒循環ラインを介して前記タワー内底部の熱交換器の上部に配置された前記別の熱交換器に導かれ、この別の熱交換器に導かれた冷媒と前記タワー内の空気が熱交換され、該タワー内の空気とが熱交換され該タワー内の空気が冷却されることを特徴とする風力発電設備。
  6. 請求項に記載の風力発電設備において、
    前記第1の冷媒循環ラインの途中に、前記冷媒を循環させるポンプが設置されていることを特徴とする風力発電設備。
  7. 請求項5又は6に記載の風力発電設備において、
    前記タワー内に、冷却された該タワー内の空気を前記ナセルに導くダクトが設置されていることを特徴とする風力発電設備。
  8. 請求項に記載の風力発電設備において、
    冷却された前記タワー内の空気は、前記タワー内底部の熱交換器の上部に配置された前記別の熱交換器の近傍に設置されたフアンによって前記ダクトに導かれていることを特徴とする風力発電設備。
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