JP6208625B2 - 風力発電装置用オイルタンク、オイル収容ユニット及び風力発電装置 - Google Patents

風力発電装置用オイルタンク、オイル収容ユニット及び風力発電装置 Download PDF

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Description

本開示は、風力発電装置用オイルタンク、オイル収容ユニット及び風力発電装置に関する。
風力発電装置のタワーに支持されたナセル内には、風力発電装置が備えるオイル使用機器（例えば、潤滑油を使用するギア式増速機、作動油を使用する油圧ポンプや油圧モータ等）に使用されるオイルを収容するためのオイルタンクが設けられる場合がある。
特許文献１には、オイルタンク内の領域を隔壁によって二つのオイル室に分割し、該二つのオイル室間でのオイルのオーバーフローを該隔壁によって防止する構成が記載されている。
米国特許出願公開２０１３／０３３６７６４号
ところで、ナセル内に設けられたオイルタンクにおいては、風車が受ける風荷重によるタワーの揺れに起因して、オイルが揺動する現象、すなわちスロッシング現象が生じる。このスロッシング現象は、オイルタンク内の領域を隔壁によって複数のオイル室に分割すれば抑制することができるが、このように隔壁を設けた場合、隔壁によって仕切られた各オイル室のオイル温度が不均一になりやすい。
特に、オイル使用機器で使用したオイルを回収するように構成されたオイルタンクでは、回収するオイルの温度がオイルタンク内のオイルの温度よりも高くなりやすいため、オイルタンク内の領域が隔壁によって複数のオイル室に分割されていると、各オイル室のオイル温度が不均一になりやすい。
この点、特許文献１には、オイルタンク内の領域を分割する隔壁自体の熱伝達を利用してオイル室間の熱交換を行う構成が記載されているが、このように隔壁自体の熱伝達によって交換可能な熱量は限定的であるため、該構成によるオイル温度の均一化作用も限定的である。
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、オイル使用機器で使用したオイルを回収するように構成された風力発電装置用オイルタンクであって、スロッシング現象を抑制するとともにタンク内のオイル温度を効果的に均一化することが可能なオイルタンクを提供することを目的とする。
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るオイルタンクは、
風力発電装置のタワーに支持されたナセル内に設置され、該風力発電装置が備えるオイル使用機器に使用されるオイルを収容するためのオイルタンクであって、
前記オイルを収容するための第１オイル室及び第２オイル室と、
前記第１オイル室と前記第２オイル室とを仕切る隔壁と、
当該オイルタンク内のオイルを加熱するためのオイルヒータと、
を少なくとも備え、
前記第２オイル室は、前記オイル使用機器にオイルを供給するためのオイル供給ラインに接続可能に構成され、
前記第１オイル室は、前記オイル使用機器からオイルを回収するためのオイル回収ラインに接続可能に構成され、
前記隔壁には、前記第１オイル室と前記第２オイル室との間で前記オイルが移動可能となるように、前記第１オイル室と前記第２オイル室とを連通する少なくとも二つの開口部が形成されている。
上記（１）に記載のオイルタンクによれば、隔壁によって仕切られた第１オイル室と第２オイル室とを少なくとも備えているため、単一のオイル室で構成されたオイルタンクと比較して、オイルのスロッシングを抑制することができる。また、オイル隔壁には、第１オイル室と第２オイル室との間でオイルが移動可能となるように、第１オイル室と第２オイル室とを連通する少なくとも二つの開口部が形成されているため、オイル使用機器で使用されることにより比較的温度が高くなったオイルがオイル回収ラインから第１オイル室へ回収されても、これらの開口部を介したオイルの移動によって第１オイル室と第２オイル室のオイル温度を効果的に均一化することができる。また、オイルヒータによってオイルが加熱されても、上記少なくとも二つの開口部を介したオイルの移動によって第１オイル室と第２オイル室のオイル温度を効果的に均一化することができる。
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の風力発電装置用オイルタンクにおいて、
前記少なくとも二つの開口部は、第１開口部及び該第１開口部の下方に設けられた第２開口部を含む。
上記（２）に記載のオイルタンクによれば、オイルの対流によって、第１オイル室と第２オイル室のうち一方から他方へ第１開口部を通って移動したオイルが、該他方から該一方へ第２開口部を通って戻ることが可能となる。すなわち、オイルの対流を利用して第１オイル室と第２オイル室の間でオイルを循環させることが可能となり、第１オイル室と第２オイル室のオイル温度をより効果的に均一化することができる。
（３）幾つかの実施形態では、上記（２）に記載の風力発電装置用オイルタンクにおいて、
前記オイルヒータは、第１オイル室又は前記第２オイル室に設けられ、
前記第２開口部の下端位置は、前記オイルヒータの下端位置より高い。
オイルを加熱するためのオイルヒータが第１オイル室又は第２オイル室に設けられている場合、オイルヒータの下端位置よりも下に位置するオイルは成層化して対流しにくい。そこで、上記（３）に記載のオイルタンクでは、第２開口部の下端位置をオイルヒータの下端位置より高くしている。これにより、オイルの対流によって、第１オイル室と第２オイル室のうち一方から他方へ第１開口部を通って移動したオイルが、該他方から該一方へ第２開口部を通って戻りやすくなる。したがって、第１オイル室と第２オイル室の間のオイルの良好な循環を実現することができ、オイル温度をより効果的に均一化することができる。
（４）幾つかの実施形態では、上記（３）に記載の風力発電装置用オイルタンクにおいて、
前記第２開口部は、前記隔壁の壁面に垂直な方向から見た時に、少なくとも一部が前記オイルヒータと重なる位置に形成されている。
上記（４）に記載のオイルタンクによれば、オイルの対流によって、第１オイル室と第２オイル室のうち一方から他方へ第１開口部を通って移動したオイルが、該他方から該一方へ第２開口部を通って更に戻りやすくなる。したがって、第１オイル室と第２オイル室の間のオイルの良好な循環を実現することができ、オイル温度をより効果的に均一化することができる。
（５）幾つかの実施形態では、上記（２）〜（４）の何れか１項に記載の風力発電装置用オイルタンクにおいて、
前記第１開口部の上端位置は、前記オイル使用機器の運転中にとりうる前記オイルタンクの最低油面高さよりも低い。
上記（５）に記載のオイルタンクによれば、オイルタンクの油面高さが、オイル使用機器の運転中にとりうるオイルタンクの最低油面高さであっても、第１開口部及び第２開口部の両方がオイルに浸かった状態となるため、第１オイル室と第２オイル室との上述のオイル循環をオイル使用機器の運転状態によらず維持することができる。
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（５）の何れか１項に記載の風力発電装置用オイルタンクにおいて、
前記風力発電装置は、浮体式の風力発電装置であり、
当該オイルタンクは、前記風力発電装置が備える風車ロータの回転軸の軸線に直交する水平方向を長手方向として配置され、
前記隔壁は、前記風力発電装置が備える風車ロータの回転軸の軸線方向に沿って該隔壁の壁面が延在するように配置される。
浮体式の風力発電装置では、陸上用の風力発電装置や着床式の洋上風力発電装置とは異なり、波の影響によって風力発電装置がロール方向にも揺動する。本発明者の検討によれば、風車ロータの回転軸の軸線に直交する水平方向を長手方向としてオイルタンクが配置されている場合に、オイルタンクの内壁のうち風車ロータの回転軸の軸線に直交する内壁に、風力発電装置のロール方向の揺動に起因するスロッシングによって大きな圧力がかかることが明らかとなった。そこで、上記（６）に記載のように、隔壁を、風車ロータの回転軸の軸線方向に沿って該隔壁の壁面が延在するように配置することにより、浮体式の風力発電装置におけるロール方向の揺動に起因するスロッシングを効果的に低減することが可能となる。
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（６）の何れか１項に記載の風力発電装置用オイルタンクであって、
当該オイルタンクは、以下の条件式(A)と条件式(B)の何れか一方と、条件式(C)及び条件式(D)の何れか一方とを満たすよう構成される。
Figure 0006208625
ここで、gは重力加速度であり、L1は前記隔壁の壁面に垂直な方向における前記第１オイル室の長さであり、L2は前記隔壁の壁面に垂直な方向における前記第２オイル室の長さであり、Fmaxは前記オイル使用機器の運転停止中にとりうる前記オイルタンクの最高油面高さであり、Fminは前記オイル使用機器の運転中にとりうる前記オイルタンクの最低油面高さであり、ftowerは前記風力発電装置全体の曲げモードの固有振動数（典型的には０．３〜０．７Ｈｚ）である。
上記（７）に記載のオイルタンクによれば、オイル使用機器の運転状態によらず、オイルタンクの隔壁の壁面に垂直な方向のオイルのスロッシングの固有振動数を風力発電装置全体の曲げモードの固有振動数と異ならせることができる。これにより、オイルタンクにおける隔壁の壁面に垂直な方向のオイルのスロッシングを効果的に抑制することができる。
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（７）の何れか１項に記載の風力発電装置用オイルタンクにおいて、
前記風力発電装置は、浮体式の風力発電装置であり、
当該オイルタンクは、以下の条件式(E)と条件式(F)の何れか一方と、条件式(G)及び条件式(H)の何れか一方とを満たすよう構成される。
Figure 0006208625
ここで、gは重力加速度であり、L1は前記隔壁の壁面に垂直な方向における前記第１オイル室の長さであり、L2は前記隔壁の壁面に垂直な方向における前記第２オイル室の長さであり、Fmaxは前記オイル使用機器の運転停止中にとりうる前記オイルタンクの最高油面高さであり、Fminは前記オイル使用機器の運転中にとりうる前記オイルタンクの最低油面高さであり、fwaveは前記浮体に作用する有義波の周波数（典型的には０．０５〜０．２Ｈｚ）である。
上記（８）に記載のオイルタンクによれば、オイル使用機器の運転状態によらず、オイルタンクの隔壁の壁面に垂直な方向のオイルのスロッシングの固有振動数を浮体に作用する有義波の周波数と異ならせることができる。これにより、オイルタンクにおける隔壁の壁面に垂直な方向のオイルのスロッシングを効果的に抑制することができる。
なお、『有義波』とは、特定の地点（ここでは浮体の設置地点）で連続する波を所定時間観測し、観測された波の総数のうち波高が大きい方から数えて総数の１／３の個数の波の平均的な特性について言及するための用語である。例えば、有義波の周波数とは、特定の地点（浮体の設置地点）で観測された波全体のうち波高の大きい１／３の個数の波の平均的な周波数を意味する。
（９）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（８）に記載の風力発電装置用オイルタンクにおいて、
前記風力発電装置は、浮体式の風力発電装置であり、
当該オイルタンクは、以下の条件式(I)と条件式(J)の何れか一方と、条件式(K)及び条件式(L)の何れか一方とを満たすよう構成される。
Figure 0006208625
ここで、gは重力加速度であり、L1は前記隔壁の壁面に垂直な方向における前記第１オイル室の長さであり、L2は前記隔壁の壁面に垂直な方向における前記第２オイル室の長さであり、Fmaxは前記オイル使用機器の運転停止中にとりうる前記オイルタンクの最高油面高さであり、Fminは前記オイル使用機器の運転中にとりうる前記オイルタンクの最低油面高さであり、fsは前記浮体式の風力発電装置における前記隔壁の壁面に垂直な方向の動揺の固有振動数である。
上記（９）に記載のオイルタンクによれば、オイル使用機器の運転状態によらず、オイルタンクの隔壁の壁面に垂直な方向のオイルのスロッシングの固有振動数を、浮体式風力発電装置におけるロール方向の動揺の固有振動数（典型的には０．０３〜０．０５Ｈｚ）と異ならせることができる。これにより、オイルタンクにおける隔壁の壁面に垂直な方向のオイルのスロッシングを効果的に抑制することができる。
（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（９）に記載の風力発電装置用オイルタンクにおいて、
当該オイルタンクは直方体状又は立方体状に構成され、
前記隔壁は前記第１オイル室及び前記第２オイル室が直方体状又は立方体状となるように配置される。
上記（１０）に記載のオイルタンクによれば、オイルタンクの隔壁の壁面に垂直な方向のオイルのスロッシングを効果的に抑制することができる。
（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（１０）に記載の風力発電装置用オイルタンクにおいて、
前記オイルタンクの内部の圧力が大気圧になるように、前記オイルタンクの内部が大気に連通している。
上記（１１）に記載の風力発電装置用オイルタンクによれば、オイルタンクの内部を大気に連通させることにより、オイルタンクの内圧変動を抑制することができる。
（１２）幾つかの実施形態に係る風力発電装置用オイル収容ユニットは、
上記（１）〜（１１）の何れか１項に記載のオイルタンクと、前記オイルタンクから漏れたオイルを貯留可能なオイルパンとを備える。
上記（１２）に記載のオイル収容ユニットによれば、上記（１）〜（１１）の何れか１項に記載のオイルタンクから万一オイルが漏れても、漏れたオイルの拡散を抑制することができる。
（１３）幾つかの実施形態では、上記（１２）に記載のオイル収容ユニットにおいて、
前記オイルパンは、該オイルパンの内側の空間を仕切るように設けられた多孔板を更に備える。
上記（１３）に記載のオイル収容ユニットによれば、上記（１）〜（１１）の何れか１項に記載のオイルタンクから万一オイルが漏れても、漏れたオイルがオイルパンに貯留され、オイルパン内でのオイルのスロッシングが抑制されるため、オイルの拡散をより効果的に抑制することができる。
（１４）幾つかの実施形態に係る風力発電装置は、
上記（１）〜（１１）の何れか１項に記載のオイルタンクと、
前記オイルタンクのオイルを使用するオイル使用機器と、
少なくとも一本の風車翼を含む風車ロータと、
前記風車ロータの回転エネルギーが伝達されて駆動される発電機と、
前記オイルタンク、前記オイル使用機器及び前記発電機を収容するナセルと、
前記ナセルを支持するタワーと、
を備える。
上記（１４）に記載の風力発電装置によれば、オイルタンクにおいてスロッシング現象を抑制するとともにタンク内のオイル温度を効果的に均一化することが可能となるため、風力発電装置が備えるオイル使用機器の安定的な運転状態を実現することができる。
本発明の少なくとも一実施形態によれば、オイル使用機器で使用したオイルを回収するように構成された風力発電装置用オイルタンクにおいて、スロッシング現象を抑制するとともにタンク内のオイル温度を効果的に均一化することできる。
本発明の一実施形態に係る風力発電装置の概略的な全体構成図である。 図１に示す油圧トランスミッションとオイルタンクとを含む油圧回路の構成例である。 図１及び図２に示したオイルタンクの内部構造の一例を示す概略的な斜視図である。 図３に示したオイルタンクにおけるＡ−Ａ断面図である。 第１オイル室と第２オイル室の間でオイルが循環する様子を説明するための模式図である。 第２開口部の下端位置がオイルヒータの下端位置より低い場合のオイルタンクの構成を示す断面図である。 図６に示すオイルタンクの構成において、オイルヒータ下部でオイルが成層化している状態を説明するための図である。 図３に示したオイルタンク２８におけるＢ方向矢視図である。 一実施形態におけるナセル内でのオイルタンクの配置（平面視での配置）を示す図である。 浮体式の風力発電装置において風車ロータの回転軸の軸線に直交する水平方向を長手方向としてオイルタンクが配置されている場合に、オイルのスロッシングによってナセルの内壁の壁面にかかる面積平均圧力の解析結果を示す図である。 幾つかの実施形態に係るオイルタンクを含むオイル収容ユニットの斜視図である。
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示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、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。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」「一致」等の相対的な配置関係を表す表現は、厳密にそのような相対的配置関係を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、方形や円形等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での方形や円形等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
図１は、一実施形態に係る風力発電装置の概略的な全体構成図である。
図１に示す風力発電装置１００は、風を受けて回転する風車ロータ２と、風車ロータ２の回転を増速する油圧トランスミッション４（オイル使用機器）と、油圧トランスミッション４を介して風車ロータ２の回転エネルギーが伝達されて電力を生成する発電機６と、油圧トランスミッション４で使用されるオイル（作動油）を収容するためのオイルタンク２８と、油圧トランスミッション４と発電機６とオイルタンク２８とを収容するナセル７と、ナセル７を支持するタワー１４とを備える。一実施形態では、図１に示すように、風力発電装置１００は浮体式の風力発電装置であり、係留索１６によって海底に係留され洋上に浮設された浮体１８上にタワー１４が設置される。
風車ロータ２は、風車翼８と、風車翼８が取り付けられるハブ１０と、ハブ１０に連結された回転軸１２とで構成される。これにより、風車翼８が受けた風の力によって風車ロータ２全体が回転し、回転軸１２から油圧トランスミッション４に回転が入力される。風車ロータ２の回転軸１２は、タワー１４に旋回自在に支持されたナセル７に収納されている。
油圧トランスミッション４は、回転軸１２の回転によって駆動される油圧ポンプ２０と、発電機６に連結された油圧モータ２２と、油圧ポンプ２０と油圧モータ２２との間に設けられた高圧油ライン２４及び低圧油ライン２６を有する。
油圧ポンプ２０の吐出側は、高圧油ライン２４によって油圧モータ２２の吸込側に接続されており、油圧ポンプ２０の吸込側は、低圧油ライン２６によって油圧モータ２２の吐出側に接続されている。油圧ポンプ２０から吐出された作動油（高圧油）は、高圧油ライン２４を介して油圧モータ２２に流入し、油圧モータ２２を駆動する。これにより、油圧モータ２２に連結された発電機６において、電力が生成される。
また、油圧モータ２２で仕事を行った後の作動油（低圧油）は、低圧油ライン２６を介して油圧ポンプ２０に流入して、油圧ポンプ２０で昇圧された後、再び高圧油ライン２４を介して油圧モータ２２に流入する。
図２は、図１に示す油圧トランスミッションとオイルタンクとを含む油圧回路の構成例である。
図２に示す例示的な実施形態では、油圧回路３０は、低圧油ライン２６とオイルタンク２８とを接続しオイルタンク２８から低圧油ライン２６に作動油を補充するための補充ライン３２（オイル供給ライン）と、補充ライン３２に設けられオイルタンク２８から低圧油ライン２６に作動油を供給するためのブーストポンプ３５と、を備える。
また、図２に示す油圧回路３０は、油圧ポンプ２０に作動油を供給して該油圧ポンプ２０を一時的にモータ動作（モータリング）させるためのモータリング用ライン３６（オイル供給ライン）及びモータリング用ポンプ３８を備えている。モータリング用ライン３６はオイルタンク２８と油圧ポンプ２０の油圧室（不図示）とを連通可能に構成され、モータリング用ポンプ３８はモータリング用ライン３６を介して圧油を油圧ポンプ２０の油圧室（不図示）に供給可能に構成されていてもよい。油圧ポンプ２０のモータリングは、例えば、例えば風力発電装置１００のメンテナンス時に風車ロータ２を所定の角度位置に動かしたり、油圧ポンプ２０のメンテナンス時に油圧ポンプ２０の回転シャフトを所定の角度位置に動かしたりする際に行われる。
また、図２に示す油圧回路３０は、オイル回収ラインとして、油圧ポンプ２０から漏れた作動油をオイルタンク２８に回収するための第１ドレインライン４０と、油圧モータ２２から漏れた作動油をオイルタンク２８に回収するための第２ドレインライン４２と、低圧油ライン２６の圧力が設定圧力を超えた場合に低圧油ライン２６からオイルタンク２８に作動油を回収するためにリリーフバルブ４４が設けられたリリーフライン３４と、を備える。
図３は、図１及び図２に示したオイルタンクの内部構造の概略的な斜視図である。図４は、図３に示したオイルタンクにおけるＡ−Ａ断面図である。
幾つかの実施形態では、図３及び図４に示すように、オイルタンク２８は、オイルを収容するための第１オイル室４８及び第２オイル室５０と、第１オイル室４８と第２オイル室５０とを仕切る隔壁５２と、を少なくとも備えている。オイルタンク２８は直方体状又は立方体状に構成され、隔壁５２は第１オイル室４８及び第２オイル室５０が直方体状又は立方体状となるように配置されている。
第１オイル室には、上述の第１ドレインライン４０、第２ドレインライン４２及びリリーフライン３４が接続されており、油圧トランスミッション４の各部で使用され温度が比較的高くなったオイルが各ラインから第１オイル室４８へ回収される。第２オイル室５０には、上述の補充ライン３２及びモータリング用ライン３６が接続されており、油圧トランスミッション４の運転中又は油圧ポンプ２０のモータリング中に第２オイル室５０から補充ライン３２又はモータリング用ライン３６へオイルが供給される。
図３及び図４に示す隔壁５２には、第１オイル室４８と第２オイル室５０との間でオイルが移動可能となるように、第１オイル室４８と第２オイル室５０とを連通する少なくとも二つの開口部５４（５４ａ，５４ｂ）が形成されている。
このように、オイルタンク２８が隔壁５２によって仕切られた第１オイル室４８と第２オイル室５０とを少なくとも備えているため、単一のオイル室で構成されたオイルタンクと比較して、オイルのスロッシングを抑制することができる。さらに、隔壁５２には、第１オイル室４８と第２オイル室５０との間でオイルが移動可能となるように、第１オイル室４８と第２オイル室５０とを連通する少なくとも二つの開口部５４が形成されているため、油圧トランスミッション４で使用されることにより比較的温度が高くなったオイルが第１オイル室４８へ回収されても、これらの開口部５４を介したオイルの移動によって第１オイル室４８と第２オイル室５０のオイル温度を効果的に均一化することができる。なお、少なくとも二つの開口部５４が設けられた隔壁５２は、図３及び図４に示す実施形態に限定されない。例えば隔壁５２は、三つ以上の開口部を含んでもよく、多数の開口部が設けられた多孔板であってもよい。
幾つかの実施形態では、図３及び図４に示すように、少なくとも二つの開口部５４は、第１開口部５４ａ及び該第１開口部５４ａの下方に設けられた第２開口部５４ｂを含む。
この場合、図５に示すように、オイルの対流によって、第１オイル室４８と第２オイル室５０のうち一方から他方へ第１開口部５４ａを通って移動したオイルが、該他方から該一方へ第２開口部５４ｂを通って戻ることが可能となる。すなわち、オイルの対流を利用して第１オイル室４８と第２オイル室５０の間でオイルを循環させることが可能となり、第１オイル室４８と第２オイル室５０のオイル温度をより効果的に均一化することができる。
また、図３に示すオイルタンク２８は、第１オイル室４８及び第２オイル室５０の他に、第２オイル室５０に隣接しオイルヒータ４９が設けられた第３オイル室５１と、第２オイル室５０と第３オイル室５１とを仕切る隔壁５３を備えており、隔壁５３には少なくとも二つの開口部５５（５５ａ〜５５ｄ）が形成されている。ただし、オイルタンク２８が備えるオイル室の数は特に限定されず、隔壁によって二つ以上とすることにより、単一のオイル室の場合よりもオイルのスロッシングを抑制することができる。
また、図３に示すオイルタンク２８の内部の圧力が大気圧になるように、オイルタンク２８の内部が大気に連通している。これにより、オイルタンク２８の内圧変動を抑制することができる。
幾つかの実施形態に係るオイルタンク２８は、図３及び図４に示すように、第１オイル室４８又は第２オイル室５０に設けられオイルを加熱するためのオイルヒータ５６を更に備えている。
オイルを加熱するためのオイルヒータ５６がオイルタンク２８に設けられている場合、オイルヒータ５６の下端位置よりも下に位置するオイルは成層化して対流しにくい。例えば、図６に示すように第２開口部５４ｂの下端位置Ｐがオイルヒータ５６の下端位置Ｑより低い場合（第２開口部５４ｂの下端位置Ｐについてオイルタンク底面Ｂからの高さをｈ２、オイルヒータ５６の下端位置Ｑについてオイルタンク底面Ｂからの高さをｈａとすると、ｈ２＜ｈａが満たされる場合）、図７に示すようにオイルヒータ５６の下端位置Ｑよりも下に位置するオイルが成層化するため、第１開口部５４ａ及び第２開口部５４ｂを介したオイルの良好な循環を形成することができない。
そこで、幾つかの実施形態では、図４に示すように、第２開口部５４ｂの下端位置Ｐは、オイルヒータ５６の下端位置Ｑより高くしている。すなわち、ｈ２＞ｈａが満たしている。これにより、図５に示すようにオイルの対流によって、第２オイル室５０から第１オイル室４８へ第１開口部５４ａを通って移動したオイルが、第１オイル室４８から第２オイル室５０へ第２開口部５４ｂを通って戻りやすくなる。したがって、第１オイル室４８と第２オイル室５０の間のオイルの良好な循環を実現することができ、オイル温度をより効果的に均一化することができる。
幾つかの実施形態では、図４に示すように、第１開口部５４ａの上端位置Ｒの高さをｈ１、油圧トランスミッション４の運転中にとりうるオイルタンク２８の最低油面高さをＦｍｉｎとすると、ｈ１＜Ｆｍｉｎを満たしている。
この場合、オイルタンク２８の油面高さが、油圧トランスミッション４の運転中にとりうるオイルタンクの最低油面高さＦｍｉｎであっても、第１開口部５４ａ及び第２開口部５４ｂの両方がオイルに浸かった状態となるため、第１オイル室４８と第２オイル室５０との上述の対流を利用したオイル循環を油圧トランスミッション４の運転状態によらず維持することができる。
図８は、図３に示したオイルタンク２８におけるＢ方向矢視図である。
幾つかの実施形態では、図８に示すように、第２開口部５４ｂは、隔壁５２の壁面に垂直なＢ方向から見た時に、少なくとも一部がオイルヒータ５６と重なる位置に形成されている。
オイルの対流によって、第２オイル室５０から第１オイル室４８へ第１開口部５４ａを通って移動したオイルが、第１オイル室４８から第２オイル室５０へ第２開口部５４ｂを通って戻りやすくなる。したがって、第１オイル室４８と第２オイル室５０の間のオイルの良好な循環を実現することができ、オイル温度をより効果的に均一化することができる。
図９は、一実施形態におけるナセル内でのオイルタンクの配置（平面視での配置）を示す図である。
一実施形態では、オイルタンク２８は、図３及び図９に示すように、ナセル７の左右方向（図１における風車ロータ２の回転軸１２の軸線に直交する水平方向）を長手方向として配置され、隔壁５２は、ナセル７の前後方向（図１における風車ロータ２の回転軸１２の軸線方向）に沿って該隔壁５２の壁面５２ａが延在するように配置される。
浮体式の風力発電装置１００では、陸上用の風力発電装置や着床式の洋上風力発電装置とは異なり、波の影響によって風力発電装置がロール方向（ナセルの前後方向を回転軸線とする回転方向）にも揺動する。本発明者の検討によれば、浮体式の風力発電装置１００において風車ロータ２の回転軸１２の軸線に直交する水平方向を長手方向としてオイルタンク２８が配置されている場合には、オイルタンク２８の内壁のうち風車ロータ２の回転軸１２の軸線方向に沿って延在する壁面に、風力発電装置のロール方向の揺動に起因するスロッシングによって大きな圧力がかかることが明らかとなった。
図１０（ａ）及び（ｂ）に、浮体式の風力発電装置において風車ロータの回転軸の軸線に直交する水平方向を長手方向としてオイルタンクが配置されている場合に、オイルのスロッシングによってナセルの内壁の壁面にかかる面積平均圧力の時系列の解析結果を示す。図１０（ａ）は、ナセルの前方向の内壁の壁面にかかる面積平均圧力を実線で、ナセルの後方向の内壁の壁面にかかる面積平均圧力を破線で示している。図１０（ｂ）は、ナセルの左方向の内壁の壁面にかかる面積平均圧力を実線で、ナセルの右方向の内壁の壁面にかかる面積平均圧力を破線で示している。図１０（ａ）及び（ｂ）を比較すると、オイルタンク２８の内壁の壁面のうち風車ロータ２の回転軸１２の軸線方向に沿って延在する壁面（図１０（ｂ）に示すナセル左方向の壁面及びナセル右方向の壁面）に、風力発電装置のロール方向の揺動に起因するスロッシングによって大きな圧力がかかるタイミング（例えば図中のタイミングＡ）が存在することがわかる。
そこで、上述のように、隔壁５２を、ナセルの前後方向（風車ロータ２の回転軸１２の軸線方向）に沿って該隔壁５２の壁面５２ａが延在するように配置することにより、浮体式の風力発電装置１００におけるロール方向の揺動に起因するスロッシングを効果的に低減することが可能となる。
幾つかの実施形態に係るオイルタンク２８は、例えば図４において、以下の条件式(A)と条件式(B)の何れか一方と、条件式(C)及び条件式(D)の何れか一方とを満たすよう構成される。
Figure 0006208625
ここで、gは重力加速度であり、L1は隔壁５２の壁面に垂直な方向における第１オイル室４８の長さであり、L2は隔壁５２の壁面に垂直な方向における第２オイル室５０の長さであり、Fmaxは油圧トランスミッション４の運転停止中にとりうるオイルタンク２８の最高油面高さであり、Fminは油圧トランスミッション４の運転中にとりうるオイルタンク２８の最低油面高さであり、ftowerは風力発電装置１００全体構造の曲げモードの固有振動数（典型的には０．３〜０．７Ｈｚ）である。
これにより、油圧トランスミッション４の運転状態によらず、オイルタンク２８の隔壁５２の壁面に垂直な方向のオイルのスロッシングの固有振動数を風力発電装置１００全体構造の曲げモードの固有振動数ftowerと異ならせることができる。これにより、オイルタンク２８における隔壁５２の壁面に垂直な方向のオイルのスロッシングを効果的に抑制することができる。
以下、上記４つの条件式(A)〜(D)についてさらに詳述する。ロイド船級協会資料によれば、タンク（特に矩形タンク）におけるスロッシングの固有周期Tは、
Figure 0006208625
で表される。ここで、Lはタンクの有効長さ（隔壁によって複数のオイル室に仕切られたときは各オイル室における隔壁に垂直な方向の長さ）であり、Fはオイルタンクの油面高さである。上記４つの条件式(A)〜(D)の各々の左辺は、この固有周期Tを固有振動数に変換したものにそれぞれ対応する。オイルタンクの油面高さFによって各オイル室のスロッシング振動数は変化するので、上記条件式(A)と条件式(B)の何れか一方と、条件式(C)及び条件式(D)の何れか一方とを満たすことにより、オイルタンク２８の最高油面高さFmax〜最低油面高さFminの範囲にわたって、第１オイル室４８及び第２オイル室５０のスロッシングの固有振動数を風力発電装置１００全体構造の曲げモードの固有振動数と異ならせることができる。
風力発電装置１００が浮体式の風力発電装置である場合、幾つかの実施形態に係るオイルタンク２８は、例えば図４において、以下の条件式(E)と条件式(F)の何れか一方と、条件式(G)及び条件式(H)の何れか一方とを満たすよう構成される。
Figure 0006208625
ここで、g、L1、Fmax、Fminの定義は前述の通りであり、fwaveは浮体に作用する有義波の周波数（典型的には０．０５〜０．２Ｈｚ）である。
これにより、油圧トランスミッション４の運転状態によらず（オイルタンク２８の最高油面高さFmax〜最低油面高さFminの範囲にわたって）、オイルタンク２８の隔壁５２の壁面に垂直な方向のオイルのスロッシングの固有振動数を浮体に作用する有義波の周波数と異ならせることができる。これにより、オイルタンクにおける隔壁５２の壁面に垂直な方向のオイルのスロッシングを効果的に抑制することができる。
風力発電装置１００が浮体式の風力発電装置である場合、幾つかの実施形態に係るオイルタンク２８は、例えば図４において、以下の条件式(I)と条件式(J)の何れか一方と、条件式(K)及び条件式(L)の何れか一方とを満たすよう構成される。
Figure 0006208625
ここで、g、L1、Fmax、Fminの定義は前述の通りであり、fsは浮体式の風力発電装置における隔壁５２の壁面に垂直な方向の動揺の固有振動数（典型的には０．０３〜０．０５Ｈｚ）である。
これにより、油圧トランスミッション４の運転状態によらず（オイルタンク２８の最高油面高さFmax〜最低油面高さFminの範囲にわたって）、オイルタンク２８の隔壁５２の壁面に垂直な方向のオイルのスロッシングの固有振動数を、浮体式風力発電装置１００における隔壁５２の壁面に垂直な方向の動揺の固有振動数と異ならせることができる。これにより、オイルタンク２８における隔壁５２の壁面に垂直な方向のオイルのスロッシングを効果的に抑制することができる。なお、オイルタンク２８の長手方向がナセルの左右方向に一致する実施形態（図３，図９参照）では、好ましくは、隔壁５２の壁面がナセルの前後方向に沿う方向であり、この場合、浮体式風力発電装置１００における隔壁５２の壁面に垂直な方向の動揺の固有振動数は、浮体式風力発電装置１００におけるロール方向の動揺の固有振動数に一致する。また、オイルタンク２８の長手方向がナセルの前後方向に一致する実施形態では、好ましくは、隔壁５２の壁面がナセルの左右方向に沿う方向であり、この場合、浮体式風力発電装置１００における隔壁５２の壁面に垂直な方向の動揺の固有振動数は、浮体式風力発電装置１００におけるピッチ方向の動揺の固有振動数に一致する。
図１１は、幾つかの実施形態に係るオイルタンク２８を含むオイル収容ユニット５８の斜視図である。
幾つかの実施形態に係る風力発電装置１００（図１参照）は、図１１に示すオイル収容ユニット５８を備えている。オイル収容ユニット５８は、オイルタンク２８と、オイルタンク２８から漏れたオイルを貯留可能なオイルパン６０とを含む。このため、オイルタンク２８から万一オイルが漏れても、漏れたオイルの拡散を抑制することができる。また、オイルパン６０は、オイルパン６０の内側の空間を仕切るように設けられた多孔板６２を更に備えている。一実施形態に係るオイル収容ユニット５８は、図１１に示すように、格子状に配置された複数の多孔板を含んでいてもよい。これにより、オイルパン６０内でのオイルのスロッシングが抑制され、オイルの拡散を効果的に抑制することができる。
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
２ 風車ロータ
４ 油圧トランスミッション
６ 発電機
７ ナセル
８ 風車翼
１０ ハブ
１２ 回転軸
１４ タワー
１６ 係留索
１８ 浮体
２０ 油圧ポンプ
２２ 油圧モータ
２４ 高圧油ライン
２６ 低圧油ライン
２８ オイルタンク
３０ 油圧回路
３２ 供給ライン（オイル供給ライン）
３４ リリーフライン（オイル回収ライン）
３５ ブーストポンプ
３６ モータリング用ライン（オイル供給ライン）
３８ モータリング用ポンプ
４０ 第１ドレインライン（オイル回収ライン）
４２ 第２ドレインライン（オイル回収ライン）
４４ リリーフバルブ
４８ 第１オイル室
４９ オイルヒータ
５０ 第２オイル室
５１ 第３オイル室
５２ 隔壁
５３ 隔壁
５４ａ，５４ｂ 開口部
５５ａ，５５ｂ 開口部
５６ オイルヒータ
５８ オイル収容ユニット
６０ オイルパン
６２ 多孔板
１００ 風力発電装置

Claims (12)

  1. 風力発電装置のタワーに支持されたナセル内に設置され、該風力発電装置が備えるオイル使用機器に使用されるオイルを収容するためのオイルタンクであって、
    前記オイルを収容するための第１オイル室及び第２オイル室と、
    前記第１オイル室と前記第２オイル室とを仕切る隔壁と、
    当該オイルタンク内のオイルを加熱するためのオイルヒータと、
    を少なくとも備え、
    前記第２オイル室は、前記オイル使用機器にオイルを供給するためのオイル供給ラインに接続可能に構成され、
    前記第１オイル室は、前記オイル使用機器からオイルを回収するためのオイル回収ラインに接続可能に構成され、
    前記隔壁には、前記第１オイル室と前記第２オイル室との間で前記オイルが移動可能となるように、前記第１オイル室と前記第２オイル室とを連通するための少なくとも二つの開口部が形成されており、
    前記少なくとも二つの開口部は、第１開口部及び該第１開口部の下方に設けられた第２開口部を含み、
    前記オイルヒータは前記第１オイル室又は前記第２オイル室に設けられ、
    前記第２開口部の下端位置は、前記オイルヒータの下端位置より高い
    風力発電装置用オイルタンク。
  2. 前記オイルタンクの内部の圧力が大気圧になるように、前記オイルタンクの内部が大気に連通している
    ことを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置用オイルタンク。
  3. 前記第２開口部は、前記隔壁の壁面に垂直な方向から見た時に、少なくとも一部が前記オイルヒータと重なる位置に形成されている請求項１又は２に記載の風力発電装置用オイルタンク。
  4. 前記第１開口部の上端位置は、前記オイル使用機器の運転中にとりうる前記オイルタンクの最低油面高さよりも低い請求項１乃至３の何れか１項に記載の風力発電装置用オイルタンク。
  5. 風力発電装置のタワーに支持されたナセル内に設置され、該風力発電装置が備えるオイル使用機器に使用されるオイルを収容するためのオイルタンクであって、
    前記オイルを収容するための第１オイル室及び第２オイル室と、
    前記第１オイル室と前記第２オイル室とを仕切る隔壁と、
    当該オイルタンク内のオイルを加熱するためのオイルヒータと、
    を少なくとも備え、
    前記第２オイル室は、前記オイル使用機器にオイルを供給するためのオイル供給ラインに接続可能に構成され、
    前記第１オイル室は、前記オイル使用機器からオイルを回収するためのオイル回収ラインに接続可能に構成され、
    前記隔壁には、前記第１オイル室と前記第２オイル室との間で前記オイルが移動可能となるように、前記第１オイル室と前記第２オイル室とを連通するための少なくとも二つの開口部が形成されており、
    前記風力発電装置は、浮体式の風力発電装置であり、
    前記オイルタンクは、前記風力発電装置が備える風車ロータの回転軸線に直交する水平方向を長手方向として配置され、
    前記隔壁は、前記風力発電装置が備える風車ロータの回転軸線方向に沿って該隔壁の壁面が延在するように配置される風力発電装置用オイルタンク。
  6. 風力発電装置のタワーに支持されたナセル内に設置され、該風力発電装置が備えるオイル使用機器に使用されるオイルを収容するためのオイルタンクであって、
    前記オイルを収容するための第１オイル室及び第２オイル室と、
    前記第１オイル室と前記第２オイル室とを仕切る隔壁と、
    当該オイルタンク内のオイルを加熱するためのオイルヒータと、
    を少なくとも備え、
    前記第２オイル室は、前記オイル使用機器にオイルを供給するためのオイル供給ラインに接続可能に構成され、
    前記第１オイル室は、前記オイル使用機器からオイルを回収するためのオイル回収ラインに接続可能に構成され、
    前記隔壁には、前記第１オイル室と前記第２オイル室との間で前記オイルが移動可能となるように、前記第１オイル室と前記第２オイル室とを連通するための少なくとも二つの開口部が形成されており、
    以下の条件式（Ａ）と条件式（Ｂ）の何れか一方と、条件式（Ｃ）及び条件式（Ｄ）の何れか一方とを満たすよう構成された風力発電装置用オイルタンク。

    Figure 0006208625
    ここで、ｇは重力加速度であり、Ｌ１は前記隔壁の壁面に垂直な方向における前記第１オイル室の長さであり、Ｌ２は前記隔壁の壁面に垂直な方向における前記第２オイル室の長さであり、Ｆｍａｘは前記オイル使用機器の運転停止中にとりうる前記オイルタンクの最高油面高さであり、Ｆｍｉｎは前記オイル使用機器の運転中にとりうる前記オイルタンクの最低油面高さであり、ｆｔｏｗｅｒは前記風力発電装置全体の曲げモードの固有振動数である。
  7. 風力発電装置のタワーに支持されたナセル内に設置され、該風力発電装置が備えるオイル使用機器に使用されるオイルを収容するためのオイルタンクであって、
    前記オイルを収容するための第１オイル室及び第２オイル室と、
    前記第１オイル室と前記第２オイル室とを仕切る隔壁と、
    当該オイルタンク内のオイルを加熱するためのオイルヒータと、
    を少なくとも備え、
    前記第２オイル室は、前記オイル使用機器にオイルを供給するためのオイル供給ラインに接続可能に構成され、
    前記第１オイル室は、前記オイル使用機器からオイルを回収するためのオイル回収ラインに接続可能に構成され、
    前記隔壁には、前記第１オイル室と前記第２オイル室との間で前記オイルが移動可能となるように、前記第１オイル室と前記第２オイル室とを連通するための少なくとも二つの開口部が形成されており、
    前記風力発電装置は、浮体式の風力発電装置であり、
    以下の条件式（Ｅ）と条件式（Ｆ）の何れか一方と、条件式（Ｇ）及び条件式（Ｈ）の何れか一方とを満たすよう構成された風力発電装置用オイルタンク。

    Figure 0006208625
    ここで、ｇは重力加速度であり、Ｌ１は前記隔壁の壁面に垂直な方向における前記第１オイル室の長さであり、Ｌ２は前記隔壁の壁面に垂直な方向における前記第２オイル室の長さであり、Ｆｍａｘは前記オイル使用機器の運転停止中にとりうる前記オイルタンクの最高油面高さであり、Ｆｍｉｎは前記オイル使用機器の運転中にとりうる前記オイルタンクの最低油面高さであり、ｆｗａｖｅは前記浮体に作用する有義波の周波数である。
  8. 風力発電装置のタワーに支持されたナセル内に設置され、該風力発電装置が備えるオイル使用機器に使用されるオイルを収容するためのオイルタンクであって、
    前記オイルを収容するための第１オイル室及び第２オイル室と、
    前記第１オイル室と前記第２オイル室とを仕切る隔壁と、
    当該オイルタンク内のオイルを加熱するためのオイルヒータと、
    を少なくとも備え、
    前記第２オイル室は、前記オイル使用機器にオイルを供給するためのオイル供給ラインに接続可能に構成され、
    前記第１オイル室は、前記オイル使用機器からオイルを回収するためのオイル回収ラインに接続可能に構成され、
    前記隔壁には、前記第１オイル室と前記第２オイル室との間で前記オイルが移動可能となるように、前記第１オイル室と前記第２オイル室とを連通するための少なくとも二つの開口部が形成されており、
    前記風力発電装置は、浮体式の風力発電装置であり、
    以下の条件式（Ｉ）と条件式（Ｊ）の何れか一方と、条件式（Ｋ）及び条件式（Ｌ）の何れか一方とを満たすよう構成された風力発電装置用オイルタンク。

    Figure 0006208625
    ここで、ｇは重力加速度であり、Ｌ１は前記隔壁の壁面に垂直な方向における前記第１オイル室の長さであり、Ｌ２は前記隔壁の壁面に垂直な方向における前記第２オイル室の長さであり、Ｆｍａｘは前記オイル使用機器の運転停止中にとりうる前記オイルタンクの最高油面高さであり、Ｆｍｉｎは前記オイル使用機器の運転中にとりうる前記オイルタンクの最低油面高さであり、ｆｓは前記浮体式の風力発電装置における前記隔壁の壁面に垂直な方向の動揺の固有振動数である。
  9. 風力発電装置のタワーに支持されたナセル内に設置され、該風力発電装置が備えるオイル使用機器に使用されるオイルを収容するためのオイルタンクであって、
    前記オイルを収容するための第１オイル室及び第２オイル室と、
    前記第１オイル室と前記第２オイル室とを仕切る隔壁と、
    当該オイルタンク内のオイルを加熱するためのオイルヒータと、
    を少なくとも備え、
    前記第２オイル室は、前記オイル使用機器にオイルを供給するためのオイル供給ラインに接続可能に構成され、
    前記第１オイル室は、前記オイル使用機器からオイルを回収するためのオイル回収ラインに接続可能に構成され、
    前記隔壁には、前記第１オイル室と前記第２オイル室との間で前記オイルが移動可能となるように、前記第１オイル室と前記第２オイル室とを連通するための少なくとも二つの開口部が形成されており、
    前記オイルタンクは直方体状又は立方体状に構成され、
    前記隔壁は前記第１オイル室及び前記第２オイル室が直方体状又は立方体状となるように配置される風力発電装置用オイルタンク。
  10. 請求項１〜９の何れか１項に記載のオイルタンクと、前記オイルタンクから漏れたオイルを貯留可能なオイルパンとを備える風力発電装置用オイル収容ユニット。
  11. 風力発電装置のタワーに支持されたナセル内に設置され、前記風力発電装置が備えるオイル使用機器に使用されるオイルを収容するためのオイルタンクと、
    前記オイルタンクから漏れたオイルを貯留可能なオイルパンと、を備える風力発電装置用オイル収容ユニットであって、
    前記オイルタンクは、
    前記オイルを収容するための第１オイル室及び第２オイル室と、
    前記第１オイル室と前記第２オイル室とを仕切る隔壁と、
    当該オイルタンク内のオイルを加熱するためのオイルヒータと、
    を少なくとも備え、
    前記第２オイル室は、前記オイル使用機器にオイルを供給するためのオイル供給ラインに接続可能に構成され、
    前記第１オイル室は、前記オイル使用機器からオイルを回収するためのオイル回収ラインに接続可能に構成され、
    前記隔壁には、前記第１オイル室と前記第２オイル室との間で前記オイルが移動可能となるように、前記第１オイル室と前記第２オイル室とを連通するための少なくとも二つの開口部が形成されており、
    前記オイルパンは、該オイルパンの内側の空間を仕切るように設けられた多孔板を更に備える風力発電装置用オイル収容ユニット。
  12. 請求項１〜９の何れか１項に記載のオイルタンクと、
    前記オイルタンクのオイルを使用するオイル使用機器と、
    少なくとも一本の風車翼を含む風車ロータと、
    前記風車ロータの回転エネルギーが伝達されて駆動される発電機と、
    前記オイルタンク、前記オイル使用機器及び前記発電機を収容するナセルと、
    前記ナセルを支持するタワーと、
    を備える風力発電装置。
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