TW201600713A - 風力發電裝置 - Google Patents

Abstract

本發明之目地在於提供減低腐蝕風險的高可靠性的風力發電裝置。 為了解決上述課題，所以本發明之風力發電裝置，其特徵為：具備：機艙(6)，對應風向進行旋轉；以及塔架(7)，將機艙(6)可旋轉地支撐，機艙(6)和塔架(7)之間的間隙，以及在機艙(6)和塔架(7)的連接部並且在塔架(7)的迎風側產生的高壓區域，是兩者分離。

Description

風力發電裝置

本發明是有關風力發電裝置，而且特別是關於防止裝置內部腐蝕的風力發電裝置。

通常，風力發電裝置的構造是將藉由葉片進行旋轉的轉子透過主軸支撐的機艙設置在塔架上部。在該機艙的內部大多具備藉由葉片的主軸的旋轉而進行旋轉的發電機，但為了獲得發電機的較佳轉數，所以亦有在轉子和發電機之間配置增速機，而成為讓轉數增加的構造的情況。藉由發電機所發電的電能是透過電力轉換器或變壓器而轉換為可供給於電力系統的電力。

雖然發電機、增速機、控制機器、電力轉換器、及變壓器等的機器是內建於風力發電裝置，但會讓機器的虧耗作為熱產生。因此，須要可以讓產生的熱消散，且讓機器在適當的溫度運轉的冷卻系統。最終為了使熱消散在風力發電裝置外部的大氣或水，大多採用了使用放熱器(散熱器)或風扇的系統。

即使在具有如此般冷卻系統的風力發電裝置 中，仍會因太陽的日照或從發電機及增速機等的機器的表面來的熱的消散，而使機艙內部的空氣變熱。因此，亦採用將外氣導入進行換氣冷卻的方式，例如在專利文獻1所揭示，為了冷卻風力發電裝置的塔架內而將外氣導入的構造。再者，在專利文獻2所揭示，藉著在機艙側面的負壓產生區域設置排氣口來防止機艙內部過冷等，在換氣風量的調整上亦加以顧慮的構造。

[先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1 日本特開2012-13002號公報

專利文獻2 日本特開2010-31722號公報

在此，在將機艙相對於塔架可旋轉地設置的情況下，塔架和機艙的連接部會產生間隙。透過此間隙等進入風力發電裝置之空氣的品質，會對可靠性帶來重大影響。特別是在今後有望擴大發展的洋上風力發電上，風力發電裝置外部的空氣不但高濕度且含有大量鹽分的可能性極高，若對此不做任何處置地任其進入風力發電裝置的內部，勢必將提高對於內部所設置的發電機或電力轉換器、控制機器造成腐蝕的危險性。

因此，本發明之目地是在於提供減低腐蝕風 險的高可靠性的風力發電裝置。

為了解決上述課題，所以本發明之風力發電裝置，其特徵為：具備：機艙，對應風向進行旋轉；以及塔架，將前述機艙可旋轉地支撐，前述機艙和前述塔架之間的間隙，以及在前述機艙和前述塔架的連接部並且在前述塔架的迎風側產生的高壓區域，是兩者分離。

藉由本發明，可提供減低腐蝕風險的高可靠性的風力發電裝置。

1‧‧‧葉片

2‧‧‧轉子

3‧‧‧主軸

4‧‧‧增速機

5‧‧‧發電機

6‧‧‧機艙

7‧‧‧塔架

8‧‧‧電力轉換器

9‧‧‧變壓器

10‧‧‧基座

12‧‧‧海面

13‧‧‧散熱器

14‧‧‧吸氣口

15a‧‧‧排氣口(機艙下面)

15b‧‧‧排氣口(機艙側面)

18‧‧‧外氣導入系統

18a‧‧‧外氣導入口

18b‧‧‧鹽害過濾器

18c‧‧‧風扇

30‧‧‧外罩

31‧‧‧外罩的下游側端部

32‧‧‧外罩的下側端部

33‧‧‧塔架上部的圓板

34‧‧‧圓板和機艙的間隙

第1圖是表示實施例1之洋上設置的風力發電裝置的概略圖。

第2圖是實施例1之風力發電裝置的機艙部分的概略側視圖。

第3圖是實施例1之風力發電裝置的機艙部分的概略俯視圖。

第4圖是實施例2之風力發電裝置的機艙部分的概略側視圖。

第5圖是實施例3之風力發電裝置的機艙部分的概略 側視圖。

以下，使用圖式對本發明的實施例進行說明。

[實施例1]

針對實施例1使用第1圖至第3圖進行說明。在第1圖表示實施例1之洋上設置的風力發電裝置的概略圖。本實施例之風力發電裝置是將機艙6可旋轉地配置在以從水面下突出於洋上的方式設置的塔架7的頂部，且機艙6是將葉片1和具有輪轂(未圖示)的轉子2加以軸支。轉子2是透過主軸3及增速機4而連接於發電機5。增速機4及發電機5是配置於機艙內。發電機5是藉由電纜(未圖示)連接在塔架7的下部所內建的電力轉換器8、變壓器9等的電氣產品。機艙6和塔架7是彼此連通。

風力發電裝置是以將轉子2的旋轉面朝向風向的方式讓機艙6對應風向進行轉動(偏航控制)，且藉由風的能量使葉片1受力而轉子2進行旋轉。轉子2的旋轉是透過增速機4提高至發電機5適合的轉數，而傳遞至發電機5。藉著發電機5進行旋轉所發電的電能是藉由電力轉換器8進行整流，而且藉由變壓器9調整電壓，送至電力系統。此時，在發電機5、電力轉換器8、及變壓器 9等，因電流流通時的虧耗而產生熱。再者，在增速機4亦虧耗成為熱而產生。

在本實施例的風力發電裝置中，發電機5、增速機4的冷卻是採用水冷式。換言之，藉由水泵讓冷卻水循環在發電機5、增速機4和散熱器13之間，而把於發電機5、增速機4上所攫取的熱以設置在機艙6上游部的散熱器13散熱於外氣，藉此進行冷卻。

第2圖是表示本實施例1之風力發電裝置的機艙6部分的概略側視圖。風是從該圖之左側吹往右側，機艙6是從設置葉片1側的相反側受風。換言之，本風力發電裝置是葉片1位在塔架7的下游側的順風型。具體而言，在機艙6的迎風側，散熱器13是設置成其吸入面朝向迎風方向。散熱器13的構造為：將積存在發電機5或增速機4或機艙6內的熱加以冷卻而因此產生的熱變得高溫的冷卻水流入且散熱於外氣。在散熱器13的迎風側設置開口成將自然風直接接受的吸氣口14。在散熱器13的順風側以將通過散熱器的空氣流向朝向機艙6下方導引的方式構成流路，且在機艙6下方向設置排氣口15a，該排氣口15a亦為將該空氣流出於外部之流路的出口。散熱器13是設置成相對向於流入的風，通過散熱器13的散熱片之間的風是導往排氣口15a。

在配置於機艙6的迎風側之散熱器13的上游側設置外氣導入系統18，該外氣導入系統18是由用來將外氣導入機艙6內進行換氣的空氣的外氣導入口18a、在 外氣導入口18a的順風側將鹽分去除的過濾器18b、及在外氣導入口18a的順風側的風扇18c所構成。雖然配置於機艙6內的發電機5及增速機4的冷卻是透過散熱器13進行，但亦有從發電機5、增速機4的表面來的散熱，或其他從配置於機艙內的軸承、其他電氣機器(控制盤等，未圖示)來的散熱，而成為使機艙6內的氛圍溫度上昇的主要因素。為了使機艙6內的溫度降低，而將低溫的外氣導入機艙6內促進換氣是有效的。此外，本實施例之外氣導入手段是設在機艙6之迎風側而將機艙6內外連通的導入口18a。將透過去除鹽分的過濾器18b進行清淨化的空氣強制地導入機艙6內部來構成空氣流動，與提高內部的靜壓有密切關聯，而且亦可以期待在防止未清淨化的外氣從意外的微小間隙侵入上的效果。關於外氣導入手段，雖並未特別限定位置，但若迎風設置可以利用風壓故較佳。在此情況下，可以將設於外氣導入手段的風扇省略或是小型化。再者為了如上述般防止腐蝕，所以較佳為一併使用去除鹽分的過濾器。

機艙6和塔架7的連接部，為了讓轉子2換言之即機艙6的方向配合風向而以偏航控制進行360°調整，所以存在可以相對地轉動的間隙，通過外氣導入口18a從外部導入的空氣是從此間隙流出於機艙6外部。在機艙6的下部連接與機艙6分開設置的外罩30，而且配置於塔架7的迎風側，將機艙6和塔架7之間的間隙覆蓋。其他在轉子2和機艙6之間亦存在間隙，空氣亦從該 處流出於外部。

第3圖是實施例1之風力發電裝置的機艙6部分的概略俯視圖。雖然外罩30是以覆蓋塔架7的上游的方式配置，但下游側的端部31是相對於風向在塔架7的側方中斷，且在該處存在外罩30和塔架7的間隙。藉著不將順風側覆蓋，可以讓外氣導入口18a和機艙6和塔架7之間的間隙連通，且以從外氣導入口18a流入的外部空氣將機艙內部進行換氣及冷卻，而負責作為排出口的作用。

以下針對本發明的特徵之外罩30的作用效果進行說明。

在風力發電裝置的周圍流動的風是具有運動能量，當其碰撞到靜止的物體時減速而轉換為壓力的能量。前述之散熱器13是藉由自然風獲得通過散熱器13的冷卻風量，且將該效能靈活運用。

同樣地，自然風碰撞到靜止的物體而產生高壓區域的部位在機艙6周圍的其他部分亦存在，作為其主要部位有機艙6和塔架7的連接部。在此所述之機艙6和塔架7的連接部，是指(以機艙6可以偏航旋轉的方式)塔架7將機艙6支撐的部位。再者，所謂高壓區域是藉由指風碰撞到風力發電裝置而使壓力(比機艙6內部)變高的區域。在此如前述般在塔架7和機艙6之間存在間隙，在此產生空氣之高壓區域而成為比機艙6內的氣壓高的情況下，高壓的外部的空氣將會流入機艙6內部。此空氣流 入，由於並非如同前述般是透過外氣導入系統18管理其品質，因此會讓鹽分等混入機艙6內部，而造成內部的機器的腐蝕的危險性提高的情形。

對此，在實施例1中是在塔架7和機艙6之接合部分的迎風側設置外罩30。由於避免高壓區域的產生，且暫時產生的高壓空氣亦從塔架7和機艙6的間隙遠離，因此可以防止如前述般之外氣流入。換言之可以讓在機艙6和塔架7的連接部的迎風側產生的高壓區域，產生在外罩30的迎風側，而且可以將高壓區域遠離機艙6和塔架7之間的間隙。因而可以防止通過間隙而讓未經空氣品質管理的外部空氣流入的情形。

再者，外罩30是與機艙6一起進行轉動。隨之，對於以偏航控制進行旋轉的機艙6，可以始終將外罩30設置在迎風處，而且能夠不讓風碰撞到機艙6和塔架7的連接部。因此可以讓高壓區域不會產生在前述連接部，而避免高壓區域產生且防止從間隙來的未經空氣品質管理的外部空氣流入。

並且，將外罩30的下游側的端部31，在相對於風向而位於塔架7的側方的位置中斷。這是由於在圓柱的周圍流動的空氣流動是相對於風向在圓柱的側面部加速，因而反過來將產生低壓區域的情形加以活用。具體而言，因為在此產生之外罩30和塔架7的間隙是周圍形成負壓，所以容易將機艙6內部的空氣吸出到外部。因而，不僅避免意外之外氣侵入的效果提高，在一併設置前述的 外氣導入系統18之風力發電裝置的情況下，因為支援其風扇18c的外氣導入效果的效果亦可以期待，所以可預期風扇動力的減低。隨之，可預計風扇的高效率化及小型化。一般來說由於已知在圓柱周圍流動的空氣是從圓柱的中心觀看而離上游側以左右40°程度在下游側剝離，所以外罩30的下游側端部31是構成位於在此的下游側較為理想。換句話說，塔架7是圓筒狀，外罩30是在從塔架7的圓筒中心軸覆蓋至將迎風的方向設為0°時，(在水平面內)±40°以上順風位置為止較為理想。

再者，由於外罩30是如上述般相對於塔架7和機艙6的間隙設置，因此設置於機艙6側以可在塔架7和外罩30之間旋轉的方式設置間隙。但是，若外罩30是與機艙6一體構成的話，由於機艙6下部成為非平坦構造，所以在其保管、固定等須要龐大的治具，在製造工場內的機艙6的組裝作業或將風力發電裝置在發電的風場進行組成時發生阻礙。因而，外罩30與機艙6為獨立組件，在建設風力發電裝置的風場與機艙6進行連接較為理想。

如上述般，藉由實施例1之構造，可以實現減低從塔架7和機艙6的連接部來的外氣侵入的危險性之高可靠性的風力發電裝置。

[實施例2]

使用第4圖針對本發明的實施例2進行說 明。此外，與實施例1重複的地方則省略其說明。第4圖是本實施例的風力發電裝置的機艙6部分的側剖面圖。

在實施例2中外罩30的下部32是延伸至在風向的上游側最低位置。換言之外罩30的最下端位在比塔架7靠迎風側的狀態。藉著如此般之構造，可以將容易成為最高壓之在塔架7的最上游部分的外罩30和塔架7的間隙，遠離機艙6和塔架7的間隙(在高度方向上)。此點是實施例1亦相同。而且本實施例之外罩30是隨著越往下游側越短且往上方逐漸上升的形狀。換言之是隨著從外罩30的最下端的位置往順風側而逐漸上升的狀態。隨之，由於負壓區域在外罩下部32的傾斜區域擴展分布，所以可以比實施例1相對地取得較多負壓區域。從而，減少將會侵入機艙6內的區域，並且容易將機艙6內的空氣吸出到外部。實施例1也提到，在順風側不覆蓋機艙6和塔架7之間的間隙。將迎風側的間隙覆蓋而另一方面藉著不將順風側覆蓋，可以讓外氣導入口18a和機艙6和塔架7之間的間隙連通，且以從外氣導入口18a流入的外部空氣將機艙內部進行換氣及冷卻，而負責作為排出口的作用。

[實施例3]

使用第5圖針對本發明的實施例3進行說明。此外與上述實施例重複的地方則省略其說明。第5圖是本實施例的風力發電裝置的機艙6部分的概略側剖面。

如前述般，碰撞到塔架7而減速的空氣流動產生高壓區域，且可能成為外氣侵入機艙6內的主要因素。在實施例1及實施例2作為其對策因而設置外罩30，但在本實施例3中具備圓板33，該圓板33是配置於塔架7的頂部且比塔架7外徑大(換言之形成大徑部)，機艙6的下端是配置成將圓板33的徑向外側覆蓋。所謂徑向是指略垂直於塔架7延伸之上下方向的方向。與實施例1、2不同，本實施例中機艙6和塔架7的間隙是並非在塔架7的壁面，而是產生在圓板33和機艙6之間。高壓區域產生是風碰撞到塔架7之迎風側的塔架7壁面，但圓板33和機艙6之間的間隙34，是圓板33比塔架7大的部分(如本實施例般，在對於塔架7同心圓狀配置圓板33的情況下是直徑差的一半)，從高壓區域遠離上游側。因而，如同實施例1或2般可以期待減低外氣流入機艙6內的效果。圓板33，雖然必須相對地比塔架7的外徑機艙6大，但如實施例1所述般，將外罩30與機艙6以獨立組件進行設置等，製造、施工上的顧慮是不須要。再者，機艙6下端的高度與圓板33的下端高度是一致的(不須精準地一致只須實質上一致即可)。隨之，可以避免風碰撞到位於機艙6和塔架7的間隙之圓板33的迎風側面，而且防止高壓區域的產生。因而可以防止從間隙來的未經空氣品質管理的外部空氣流入的情形。再者，本實施例之塔架7是圓筒狀，並且板33也是圓板狀。而且圓板33是與塔架7同心圓狀配置。隨之，可以將以偏航控 制進行轉動的機艙6和塔架7的間隙始終保持固定，而且可以始終將機艙6和塔架7的間隙從在機艙6和塔架7的連接部產生的高壓區域離隔。換言之，不設置外罩30，而藉著將凸緣狀的圓板33設置在塔架7的上端來做處理。為了讓作業員可以在機艙6和塔架7的內部往來行走，較理想為圓板33是在中央具有開口部的略環狀。開口部是連通於機艙6和塔架7。或是圓板33和塔架為一體化的狀態，換言之即塔架的頂部或最上部的直徑擴展的形態，甚至即使擴展成如喇叭狀的形態，亦可以期待上述的效果。換言之，無論是設置塔架7和其他構件的板狀部材，或設置與塔架7一體地擴展塔架7的頂部或最上部的直徑所形成的部位皆可。換個不同說法來說的話，只要在塔架7的頂部具備外徑比位於頂部下方的塔架外徑大的大徑部，且機艙6的下端以覆蓋大徑部的徑向外側的方式配置即可。

以上，雖然針對本發明的實施例進行說明，但上述所示之實施例終究只是例子，並非用來限定發明內容。的確，本發明由於在自然風通過轉子前直接碰撞到塔架之順風方式的風力發電裝置上特別可以期待其效果，因而以如此般方式的風力發電裝置為例進行說明，但即使在轉子位機艙的上游的迎風方式的風力發電裝置上亦可以期待一定的效果，且包含在本發明所設想的範圍內。

雖然作為本發明的實施例之機艙內部所具備的機器舉出發電機或增速機為例，但是包括於機艙或塔架 有腐蝕之可能性的物品(例如控制機器)。

再者，雖以一併設置外氣導入系統的風力發電裝置為例進行說明，當然即使在未將外氣導入的風力發電裝置上，仍有避免意外之外氣侵入機艙內的需求存在，本發明即使對於這類的風力發電裝置亦可以期待一定的效果。

藉由本發明，能夠在風力發電裝置的機艙防止意外從間隙部來的未經空氣品質管理之外部空氣的流入，而實現減低腐蝕之可能性的高可靠性的風力發電裝置。

1‧‧‧葉片

2‧‧‧轉子

4‧‧‧增速機

5‧‧‧發電機

6‧‧‧機艙

7‧‧‧塔架

13‧‧‧散熱器

14‧‧‧吸氣口

15a‧‧‧排氣口(機艙下面)

18a‧‧‧外氣導入口

18b‧‧‧鹽害過濾器

18c‧‧‧風扇

30‧‧‧外罩

31‧‧‧外罩的下游側端部

Claims (15)

1. 一種風力發電裝置，其特徵為：具備：機艙，對應風向進行旋轉；以及塔架，將前述機艙可旋轉地支撐，前述機艙和前述塔架之間的間隙，以及在前述機艙和前述塔架的連接部並且在前述塔架的迎風側產生的高壓區域，是兩者分離。
2. 如申請專利範圍第1項所記載的風力發電裝置，其中進一步具備配置於前述塔架的迎風側而覆蓋前述機艙和前述塔架之間的間隙的外罩。
3. 如申請專利範圍第2項所記載的風力發電裝置，其中前述外罩是與前述機艙分開構成，前述外罩是與前述機艙一起進行旋轉。
4. 如申請專利範圍第2項或第3項所記載的風力發電裝置，其中前述塔架是圓筒狀，前述外罩是從前述塔架的圓筒中心軸覆蓋至將迎風的方向設為0°時，±40°以上的順風位置。
5. 如申請專利範圍第2項所記載的風力發電裝置，其中前述外罩的最下端位在比前述塔架靠迎風側。
6. 如申請專利範圍第5項所記載的風力發電裝置，其中前述外罩隨著從前述最下端的位置往順風側而逐漸上升。
7. 如申請專利範圍第2項所記載的風力發電裝置，其中在順風側不覆蓋前述機艙和前述塔架之間的間隙。
8. 如申請專利範圍第1項所記載的風力發電裝置，其中在前述塔架的頂部具備外徑比位於前述頂部下方的前述塔架外徑大的大徑部，前述機艙的下端是以覆蓋前述大徑部的徑向外側的方式配置。
9. 如申請專利範圍第8項所記載的風力發電裝置，其中前述機艙下端的高度和前述大徑部的下端高度一致。
10. 如申請專利範圍第8項或第9項所記載的風力發電裝置，其中前述塔架是圓筒狀，前述大徑部是圓板狀，前述大徑部是與前述塔架同心圓狀配置。
11. 如申請專利範圍第8項所記載的風力發電裝置，其中前述大徑部具備連通於前述機艙和前述塔架的開口 部。
12. 如申請專利範圍第1項所記載的風力發電裝置，其中在前述機艙的內部具備將外氣導入的外氣導入手段。
13. 如申請專利範圍第12項所記載的風力發電裝置，其中前述外氣導入手段是設在前述機艙之迎風側而與前述機艙內外連通的導入口。
14. 如申請專利範圍第13項所記載的風力發電裝置，其中進一步在前述導入口的順風側具備去除鹽分的過濾器。
15. 如申請專利範圍第13項或第14項所記載的風力發電裝置，其中進一步在前述導入口的順風側具備風扇。