TWI351468B - - Google Patents

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丄叫468 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種使用將自然能源之風轉換為旋轉力之 風車來進行發電之風力發電裝置。 【先前技術】 先則，已知有利用作為自然能源之風力來進行發電之風 =發電裝置。此種風力發電裝置於設置在支柱上之短搶内

又有·女裝有風車翼之旋翼頭；與旋翼頭連結以一體地旋 轉之主袖；連結有使風車翼接受風力而旋轉之主軸之增速 機；以及藉由增速機之軸輸出而驅動之發電機。於以^方 式而構成之風力發電裝置令，具備將風力轉換為旋轉力之 風車翼之旋翼頭及主軸進行旋轉而產生軸輸出，並瘦由連 結於主軸之增迷機而將旋轉數得到增迷之軸輸出傳遞至發 電機n以將風力轉換為旋轉力所得之軸輸出作為發 電機之驅動源’從而可制風力作為發電機之動 發電。 丁 …ρ π凡 ”呵祝叹直在降雪地帶 戶外二溫低至冰點以下之降雪寒冷環境下。於如此之降 寒冷環境下’有時會在對於風力發電裝置之運轉控制而 重要之感測器之-的風力風速計之周圍附著有冰雪，從 無法進行正常之測定。因此，於先前之風力發電裝置中 於風向風速計之内部設置有加熱器 作為風力發電裝置中之除冰/防結冰裝置，2用⑷ 或^内之排乳而防止冰附著於葉片（風車翼）上者。（例如 】31374.doc ^^1468 參照專利文獻1) 又’於風力發電裝置中，有藉由利用無齒輪發電機之冷 部風而獲得風車翼之防冰效果者。（例如，參照專利文獻2) [專利文獻1]曰本專利特表2006_514190號公報 [專利文獻2]曰本專利特開2004-25 1 270號公報 【發明内容】

且說於設置在寒冷地區之風力發電裝置中，尤其於設置 在低於-4(TC的極寒之寒冷地區等之風力發電裝置中於 風車翼之旋轉停止之風較弱之待機中，於降雪寒冷之環境 下有時會在ϋΐ向風速計之周目Μ著有㈣等而結冰。於如 此之設置環境之情料，若是設置於風向風速計内部之加 熱器=獨則融雪等有時需要時間，此期間為於風力發電裝 置之安全有所支承，就要停止運轉。

…、.°果’ #處於因風向風力計結冰而無法獲得測定資料 之狀態時’運轉率會因風力發電裝置之停止而降低，因此 會產生無法對於風況而確㈣先設定之發電量之問題。 由於如此之背景，期望縮短風向風速計結冰時之運 止時間，以將因風力發電裝置之停 τ 制為最小限度。 ％起之運轉率降低抑 本發明係有鑒於上述狀況 — 凡而疋成者，其目 種風力發電裝置，其 在於美供一 八^更於寒冷地區之降雪寒冷I 亦可縮短結冰之風向風这舛+ 7衣坆下， 逮叶之恢復所需之時間，從而㈣ 轉率降低抑制為最小限度。 <而將運 本發明為解決上述課題而採用有下述裝置。 I31374.doc 1351468 本發明之風力發電裝置，係於收納設置有驅動/發電機 構之短艙上部具備風向風速計，該驅動/發 於安裝有風車翼之旋翼頭，且於上述短搶上部設有朝= 述風向風速計之方向開口之短艙内冷卻風之吹出口該吹 出口具備上述冷卻風之吹出方向可變裝置。 根據如此之本發明之風力發電裝置，於短艙上部設有朝 向風向風速計之方向開口之短艙内冷卻風之吹出口該吹 # * 口具備冷卻風之吹出方向可變裝置’因此於風向風速計 結冰時，可操作吹出方向可變裝置以將短艙内冷卻風之吹 出方向朝向風向風速計吹出。 於上述風力發電裝置中’較好的是，設有複數個上述風 向風速計，II由測定值之比較而#斷冰雪附著於該風向風 j計上之狀況’藉此可提高與風向風速計之結冰或融雪附 著狀況相關之掌握精度。 根據上述之本發明，於風向風速計之結冰時，於短搶上 • 冑以朝向風向風速計之方向開口之方式設置之短餘内冷卻 風之人出口中，藉由冷卻風之吹出方向可變裝置之操作而 使短餘内冷卻風之吹出方向朝向風向風速彳，藉此可朝向 几向風速s十吹出紐艙内冷卻風。因此，由於短艙内冷卻風 會碰到風向風速計，故而可藉由該氣流而防止附雪及積 雪’或者可藉由冷卻短艙内而溫度上升之冷卻風之氣流， 來加熱附著於風向風速計上之冰雪。 因此’可降低附雪量及積雪量，並藉由在風向風速計内 P之加熱器加熱加上紐艙内冷卻風之加熱而促進冰雪之融 131374.doc 解。其結果，可縮柄、士 + __ '谷之融解時間，因此亦可縮短因風 向風速計結冰而引起 起之風力發電裝置之運轉停止時間，尤 /、於設置在降雪寒冷環境下之風力發電裝置中，可將因運 轉停止引起之運轉率降低抑制為最小限度。 又，於風力發雷# ^ — 裝置之短艙上部設有複數個風向風速 。十’精由測定值之比較而判斷冰雪附著於風向風速計上之 狀m與風向風速計之結冰或融雪附著狀況相關之掌 精度提冋月^可菲地防止寒冷地區之起因於風向風速計 結冰等之風力發電裝置運轉困擾。 【實施方式】 態 以下’根據圖式說明本發明之風力發電裝置之—實施形 如圖2所示，風力發電裝置1包括：立設於基礎6上之支 柱2，δ又置於支柱2之上端之短艙3;以及可圍繞大致水平 之軸線旋轉且設於短艙3内之旋翼頭4。 於旋翼頭4上’圍繞其旋轉軸線而呈放射狀地安裝有複 數片風車翼5。其結果，自旋翼頭4之旋轉軸線方向吹至風 車翼5之風力被轉換為使旋翼頭4圍繞旋轉軸線而旋轉之動 力。 於短搶3之外周面適當部位（例如上部後方等），設置有 對周邊之風向及風速值進行測定之風向風速計7以及避雷 針8。再者，於圖示之構成中，風向風速計7及避雷針8以 分別以特定之間隔而鄰接之方式而設有一對。 例如圖3 Α〜圖3C所示，於短艙3之内部收納設置有驅動/ 131374.doc 1351468 發電機構，該驅動/發電機構具備旋翼頭4及經由同轴之捧 速機10而連結之發電機11。亦即，風力發電裝置1利用増 速機10對旋翼頭4之旋轉進行增速而驅動發電機丨丨，藉此 自發電機Π獲得發電機輸出w。 又’於短艙3之内部’為進行各種運轉控制而設置有短 艙控制裝置20。 於短搶3之作為前端部側之上部，設有朝向設置有風向

風速計7之方向（短艙後方）開口之吹出口 12。該吹出口 12係 如下所述之出口開口，即，其用以自省略圖示之導入口向 短艙3之内部吸入外氣，並於短艙3之内部進行循環藉此 將換氣及冷卻後之短艙内冷卻風放出至外部。亦即，由於 風力發電裝置1之運轉，設置於短艙3内部之增速機1〇、發 電機11及短艙控制裝置20等發熱而使内部溫度上升，因此 導入外氣使之循環以進行換氣，藉此，將短艙3之内部溫

度維持為由短艙控制裝置20等電氣控制機器類等所設定之 運轉溫度範圍内。 上述人出口 12如圖3A〜圖3C所示，於將短艙内冷卻風 放出至外之出口纟，具備作為冷卻風之吹出方向可變裝 置之排氣襟翼13。 該排氣襟翼具有下述功能，即，㈣藉由短搶換氣扇 運轉而自導入口吸引之外氣於短舱3内部循環後之短 艙：冷卻風’可使其吹出方向變為所需之方向。於如此之 換氣運轉¥ _短搶3内部進行換氣後之短餘内冷卻風之 人出方向彳選擇通常之排氣位置（參照圖⑹與作為防結 131374.doc 冰對策而朝向風向風速計7吹出之寒冷時排氣位置（參照圖 4B)中之任—者，從而選擇切換為所需之吹出方向。 亦即，排氣襟翼13具備接收短艙控制裝置2〇之控制信號 而進仃動作之電動機等驅動裝置（未圖示），可根據降雪寒 冷環境下等之運轉狀況，選擇切換其角度而變化。 其結果，例如於風力發電裝置丨之運轉時或自停止起經 過之時間較少之情料，對短艙3内部進行換氣之短搶内 冷卻風之溫度上升，從而溫度變得高於戶外氣溫。該短艙 内冷卻風係以下述方式而吹出，即，接收短艙控制裝置2〇 之控制信號而使排氣襟翼13之吹出方向（角度）變為寒冷時 排氣位置，藉此使相對較高溫度之短艙内冷卻風吹至風向 風速計7，因此，可促進風向風速計7之防結冰或冰雪之融 解以縮短融解時間。又，於風力發電裝置丨之運轉停止時 間較長，而短艙3之内部溫度與戶外氣溫之間無溫度差之 情形時，雖無加熱能力，但短艙内冷卻風之氣流可妨礙雪 附著於風向風速計7上。 圖1係表示短艙控制裝置2〇之構成例之方塊圖，於該短 艙控制裝置20上，除了連接有風向風速計7以外，亦連接 有排氣襟翼13、短艙排氣扇丨4及戶外氣溫計丨5等。 圖示之風向風速計7具備風向風速計本體7a、對風向風 速計7之内部溫度進行測定之溫度計7b、於寒冷時對風向 風速計7之内部進行加熱之電加熱器7c等加熱裝置以及風 向風速st控制襄置7 d而構成。 繼而，參照圖5之流程圖，說明上述短艙控制裝置2〇對 131374.doc •10· 1351468 排氣襟翼13之動作控制。 於最初之步驟81中，風力發電裝以之旋翼頭（風車财 於通常之待機過程中，亦即等待風之停止過程中。於如此 之停止狀態下，進入下一步驟82，對自一對風向風速計7 輸入之風向及風速之測定值進行比較。 於步驟S2中’於產生一對測定值具有特定值以上之差之 失配之情形時，考慮係任一個風向風速計7發生了某些故

，。再者，此時之特定值係考慮風向風速計7之允許:差 範圍等而適當設定。 於風向風速計7存在故障之情形時，進入下一步驟“， 根據戶外氣溫計15之測定值而判斷是否處於戶外氣溫為特 定例如HTC)以下之低溫狀態。其結果，於戶外氣溫為 寺疋值以下之YES之情形時，進人下_步驟S4，偵測風向 風速計7之加熱器7c2〇N動作之有無。 於步驟S4甲確s忍了加熱器〜之⑽動作之之情形時，

進入下一步驟S5,將短艙排氣扇14之動作設為〇n，開始 紐搶3内之換氣。亦即，上述風向風速計了之故障推測係由 低戶外H造成之附雪或結冰等原賴引起，因此，作為 ’肖除该狀況之對策，即便在風力發電裝置丨停止時或短搶 内值度較低而無需換氣運轉之低戶外氣溫時之狀況下，仍 強制開始排氣扇14之運轉。 進而，開始排氣扇14之運轉後進入下一步驟％，變更為 排風襟翼13之角度朝上之寒冷時減位置。亦即，於排氣 襟翼13之角度為圖3C所示之通常之排氣位置上，襟翼角度 I31374.doc 1351468 係設定為與短艙3之上表面大致平行之菡 丁又角度，如圖中之卢 線所示，短艙内冷卻風並非直接吹至風向風速計7上，此 是沿短餘上表面筆直地流動。然而，當白 而 *目通常之排氣位詈

使排氣襟翼13之角度變為朝上而設定為R ;々吋棑氣位置 時’短艙内冷卻風之氣流如圖4A中之虑始_ 不，成為朝向 風向風速計7之氣流。 如此’當短艙内冷卻風吹至風向風速計7 叮 妨礙雪

附著於風向風速計7上’於短艙内冷卻風 _ 皿度兩於戶外 氣溫之情形時，亦可獲得短艙内冷卻風鹛 ▼水之加熱作用， 因此有助於利用加熱器7c之加熱來防止吱. ι 4云除附雪或結冰 等之故障消除。因A ’重要之感測器之—的風向風速 之故障消除所需之時間得到縮短’因此直至風力發電裝置 1開始正常運轉為止所需之時間亦可縮短。

繼而，如此般將排氣襟翼13設定為寒冷時排氣位置之運 _下-步心^«’1至確認自—對風向風速計7輸 入<風向及風速之測定值匹配為止。亦即，於步驟”中^ 斷為風向風速計7之測定值匹配之γΕ s之蜱 〜丨月取呀，可判斷 為風向風速計7之故障已消除’因此進入下— 少鄉S 8而將 短艙排氣扇14停止（OFF)，並且將排氣襟翼13之角度恢復 至通常之排氣位置（與短艙上表面平行）。 經過如此之一連串之動作，於下一步驟 Γ 芡驟S9中起動旋翼 4 ’藉由旋翼4之旋轉而開始風力發電裝置丨之運轉。 然而，於上述步驟S3中，於戶外氣溫高於特定值之 之情形時，由於風向風速計7之故障並非由低戶外氣溫所 131374.doc 引起’因此進人下—步驟判斷為風向風速計異常。 繼而由於如此之風向風迷計7之異常會對風力發電裝置i 之正常運轉帶來障礙，因此進入下一步驟S11而停止風力 發電裝置1之運轉。 又，於上述步驟S4中，於無法確認風向風速計7之加熱 器7c已設為0N動作之助之情形時，亦進入下一步驟㈣並 同樣判斷為風向風速計異常，進而，進人下—步驟su而 停止風力發電裝置丨之運轉。 於上述步驟S7中，於自一對風向風速計7輸入之測 定值不匹配之NO之情形時，進入步驟si2，判斷將排氣襟 翼1 3 I更為朝上後所經過之時間。 严结果，於經過時間為預定之指定時間以内之YES之情 =時’仍使排氣襟翼13處於寒冷時排氣位置並繼續短赌排 氣扇14之運轉。此時之指定時間根據風力發電裝置丄之規 格或汉置場所等各條件而不@，可參照預先藉由實驗或模 擬等所獲得之故障消除所需之時間而決定。 而，於經過時間超過上述指定時間之N〇之情形時， 由於超過了通常之故障消除時間，因此仍進入步驟si〇而 岁J斷為風向風速計異常，進而，進入下一步驟sii而停止 風力發電裝置1之運轉。 士此，根據上述之本發明之風力發電裝置丨，於風向風 速。t 7結冰時，於短艙3之上部以朝向風向風速計7之方向 之方式而叹置之短搶内冷卻風之吹出口 12中，可藉由 作為冷部風之吹出方向可變裝置之排氣襟翼13之操作，而 131374.doc 1351468 使短搶内冷卻風之吹出方向朝向風向風速計因此可 朝向風向風速計7而吹出短搶内冷卻風，其結果短舱内 冷卻風吹至風向風速計7上，因此可藉由該氣流而防止附 S及積雪，或者，可藉由對短艙3内部進行冷卻而溫度上 升之冷卻風之氣流，來對附著於風向風速計7上之冰雪進 行加熱。 又，於本發明之風力發電裝置丨中，於短艙^之上部設有 ’复數個風向風速汁7 ’藉由測定值之比較而判斷風向風速 汁7上之冰雪附著狀況，因此可提高與風向風速計7之結冰 或融雪附著狀況相關之掌握精度，從而可可靠地防止寒冷 也區之因風向風速計7之結冰等而引起之運轉困擾。再 者，關於風向風速計7之數量，並不限定於上述之實施形 心之2σ，亦可為3台或3台以上，或者，雖掌握精度存在 問題’但亦可為！台。 又，關於吹出方向可變裝置，只要可根據需要而改變短 φ 搶内冷部風之吹出方向’則並不限定於上述之排氣襟翼 13 ° 再者’本發明並不限定於上述之實施形態，於不脫離其 主曰之範圍内可進行適當變更。 【圖式簡單說明】 圖1係表示本發明之風力發電裝置之一實施形態之主要 部分之方塊圖。 圖2係表示風力發電裝置之整體構成例之圖。 圖3 Α係將圖2之短艙周邊放大而表示之圖，係表示短艙 131374.doc •14- 1351468 内之内部構成之剖面圖β 圓3Β係圖3Α之右側視圖。 圖3C係將圖2之短艙周邊放大而表示之圖係表一置 於吹出口之排氣襟翼處於通常之排氣位置之狀態：：體 圖。 不之圖’係表示短艙 圖4Α係將圖2之短艙周邊放大而表 内之内部構成之剖面圖。 不之圖，係表示設置 氣位置之狀態之立體

圖4Β係將圖2之短艙周邊放大而表 於吹出口之排氣襟翼處於寒冷時排 圖。 圖5係表示藉由圖1之短艙控制裝置而進行之控制例之流 程圖。 【主要元件符號說明】 1 風力發電裝置 2 支柱 3 短艙 4 旋翼頭 5 風車翼 7 風向風速計 10 增速機 11 發電機 12 吹出口 13 排氣襟翼 14 短艙排氣扇 20 短艙控制裝置 131374.doc

Claims (1)

1351468 十、申請專利範圍： 1. 一種風力發電裝置，其於收納設置有驅動/發電機構之短 搶上部具備風向風速計，該驅動/發電機構係連結於安裝 有風車翼之旋翼頭，且 於上述短艙上部設有朝向上述風向風速計之方向開口 之知·艙内冷卻風之吹出口，該吹出口具備上述冷卻風之 吹出方向可變裝置。 2. >請求項1之風力發電裝置，其中設有複數個上述風向 風速計’藉由測定值之比較而判斷冰雪附著於該風向風 速計上之狀況。

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