TWI614401B - 風力發電裝置 - Google Patents

Description

風力發電裝置

本發明，係與風力發電裝置相關。

一般而言，風力發電裝置，係在設置於地上或海洋上之基礎上，設置做為發電機支柱之塔台，在塔台之頂部，設置機艙。在機艙之其中一端，設置由輪轂及複數之輪葉所構成的轉子，由輪轂及複數之輪葉所構成的轉子，承受到風力並將其轉換成旋轉動能，並將該旋轉動能傳送至連結在轉子之發電機來發生電力。通常，發電機、加速機及控制器係被配置在機艙內，電力轉換裝置(PCS：Power-Conditioning-System)及變壓器(變換器)，則被配置在塔台內或風力發電裝置的外部。該等機器類當中，尤其是，PCS及變壓器為發熱量較大的機器，配置在塔台內時，配置在塔台內之機器類的有效率冷卻，成為防止機器類之故障及錯誤動作的重要課題。

本技術領域之先前技術，例如，日本特許第5284386號公報(專利文獻1)。專利文獻1所揭示者，係具備：被建設在基礎上之塔、被設置在該塔之頂部的機 艙、被設置在該機艙內之發電機、連結至該發電機並以使該發電機進行旋轉來發生電力之輪葉、以及設置在前述塔之內部基礎上並用以執行前述發電機所發生之電力變壓的變壓器，前述變壓器，是將鐵心及裝設在該鐵心之繞組收容在波形羅紋箱，並在該波形羅紋箱內充填冷卻冷媒來形成的，並藉由前述波形羅紋箱來釋出利用前述冷卻媒體奪取前述鐵心及繞組所發生之熱的風力發電設備，該風力發電設備，係在前述塔之下方，設置著將空氣吸入到內部的吸氣口，在前述塔之上方，則設置著將內部之空氣釋出至大氣的排氣口，而且，在前述變壓器之波形羅紋箱上，設置著通風罩，用以供從前述吸氣口被吸氣並奪取從前述波形羅紋箱被釋出之熱的空氣流通，在該通風罩連結著延伸至前述塔之上方為止的排氣管，用以將流過該通風罩並奪取了從前述波形羅紋箱被釋出之熱的空氣對前述塔內進行排氣，並且，由該排氣管被對前述塔內進行排氣之空氣，藉由前述排氣口被釋出至大氣。

依據上述風力發電設備，雖然係將藉由波形羅紋箱或散熱器將熱釋出至周圍空氣之變壓器收容在塔內部者，然而，在塔內部未設置有換氣空調設備，也可得到可以降低塔內部之變壓器周邊之空氣溫度的風力發電用變壓器。

〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕

〔專利文獻1〕日本特許第5284386號公報

傳統上，配置在風力發電裝置外部之變壓器(變換器)，基於風力發電裝置的設置空間的效率化、及不需要設置在塔台與外部之機器間的纜線配線等理由，係有配置在塔台內之傾向，設置在塔台內之機器類的有效率冷卻，在防止機器類之故障及錯誤動作上，也成為重要的課題。

專利文獻1之風力發電設備，如第6圖所示，分別針對配置在塔台內之複數機器，配設通風罩及排氣管，然而，隨著數量的增加，排氣管的配置成為課題。

本發明之目的在提供一種風力發電裝置，係無需花費昂貴之成本，卻可提高設置在塔台內之機器類的冷卻效率、及可靠度的風力發電裝置。

本發明係具有：設置在地上或海洋上，做為發電機之支柱的塔台；設置在前述塔台上，用以內建前述發電機之機艙；以及設置在前述機艙之其中一端，由承受風並轉換成旋轉動能之輪轂及輪葉所構成之轉子的風力發電裝置，其特徵為，在前述塔台內，具備：設置在第一地板上，連結著第一排氣管之第一發熱機器；設置在第二地板上，連結著第二排氣管之第二發熱機器；以及藉由風扇機，連結著前述第一排氣管及前述第二排氣管之第三排氣管，從前述第一發熱機器所排出之排熱及從前述第二發熱 機器所排出之排熱，藉由前述風扇機及前述第三排氣管，釋出至前述塔台內，使從前述第一發熱機器所排出之排熱及從前述第二發熱機器所排出之排熱，利用藉由設置在前述第二地板面之前述塔台之內壁旁邊的開口，在前述塔台內進行回流來進行冷卻。

此外，本發明，係具有：設置在地上或海洋上，做為發電機之支柱的塔台；設置在前述塔台上，內建有前述發電機之機艙；以及設置在前述機艙之其中一端，由用以承受風力並將其轉換成旋轉動能之輪轂及輪葉所構成之轉子的風力發電裝置，其特徵為，在前述塔台內，具有：設置在第一地板上，連結著第一排氣管之第一發熱機器；及設置在第二地板上，連結著第二排氣管之第二發熱機器；且，前述第一排氣管之連結在前述第一發熱機器之這一側呈相反側端部連結至前述第二排氣管，前述第二排氣管，在流過前述第二排氣管內之排熱之比前述第一排氣管之連結部分更為下游側，具備風扇機，將從前述第一發熱機器所排出之排熱及從前述第二發熱機器所排出之排熱，藉由前述風扇機及前述第二排氣管，釋出至前述塔台內，從前述第一發熱機器所排出之排熱及從前述第二發熱機器所排出之排熱，藉由設置在前述第二地板面之前述塔台內壁旁邊的開口，在前述塔台內進行回流來進行冷卻。

依據本發明，風力發電裝置，無需花費昂貴之成本，即可實現設置在塔台內之機器類之高冷卻效率、高可靠度的風力發電裝置。

上述以外之課題、構成及效果，利用以下之實施方式的說明即可了解。

1‧‧‧輪葉

2‧‧‧輪轂

3‧‧‧機艙

4‧‧‧加速機

5‧‧‧發電機

6、23‧‧‧塔台

7‧‧‧基礎

8、24、25‧‧‧排氣管

9、26‧‧‧風扇機

10‧‧‧PCS

11、28‧‧‧變壓器

12‧‧‧限流孔A

13‧‧‧限流孔B

14‧‧‧立足處A

15‧‧‧立足處B

16‧‧‧立足處C(頂棚)

17、18、22‧‧‧開口

19‧‧‧變壓器之散熱器

20‧‧‧限流孔C

21‧‧‧限流孔D

27‧‧‧發熱機器

第1圖係本發明之一實施方式之風力發電裝置的整體概要圖。

第2圖係本發明之一實施方式之風力發電裝置的塔台內部圖。

第3圖係本發明之一實施方式之風力發電裝置的塔台內部圖。

第4圖係本發明之一實施方式之風力發電裝置的塔台內部圖。

第5圖係本發明之一實施方式之風力發電裝置的塔台內部圖。

第6圖係傳統風力發電裝置的塔台內部例圖。

以下，利用圖式來針對本發明之實施例進行說明。

〔實施例1〕

第1圖係本發明之一實施例之風力發電裝置的整體構成。本實施例之風力發電裝置，如第1圖所示， 在設置於地上或海洋上之基礎7、及做為發電機之支柱的塔台6上，設置著內建有加速機4及發電機5等之機艙3。在機艙3之其中一端，具備由輪轂2及複數輪葉1所構成的轉子，轉子承受到風力並將其轉換成旋轉動能，並藉由連結在轉子之加速機4將該旋轉動能傳送至發電機5來發生電力。第1圖，係在機艙3之風下側端部設置由輪轂2及複數輪葉1所構成之轉子的順風型風力發電裝置例。

塔台6之內部，如第1圖之A部所示，設有複數之立足處，亦即地板，在下方樓層的立足處，配置著用以對發電機5所發電之電力的電壓進行變壓之變壓器，亦即變壓器11，在上方樓層的立足處，則配置著用以轉換連結在發電機5與變壓器11之間之電力的動力調節器，亦即PCS(Power-Conditioning-System)10。變壓器11及PCS10，在構成風力發電裝置之機器類當中，都是發熱量相對較大的發熱機器。

配置在下方樓層之立足處的變壓器11，係連結至配管8，配管8係以從下方樓層之立足處旁邊朝塔台6之上方延伸來設置。配置在上方樓層之立足處的PCS10，係連結至其他配管，連結至PCS10之側之相反側的配管端部，而以在朝塔台6上方延伸之配管8的途中部分進行合流的方式來連結。

此外，在連結至PCS10之配管與配管8之連結部分的下游側，亦即，在從PCS10及變壓器11所釋出 之排熱流的下游側，設置著風扇機9，強制地將PCS10及變壓器11所釋出之排熱吹向配管8之上方。在配管8內，被風扇機9推向塔台6上方的排熱，係從塔台6上方之配管8的開口端被釋出至塔台6內的構造。

第2圖及第3圖，係實施例1之塔台6的內部例。第2圖及第3圖，係第1圖之A部的放大圖。此外，第3圖係第2圖的變形例。以下，係省略與第1圖說明之部分重複之部分的詳細說明的方式，來進行說明。

本實施例之風力發電裝置的塔台6內部，如第2圖所示，在塔台6內之下方樓層的立足處A14，亦即，在下層階之地板，配置著用以將發電機5所發電之電力的電壓進行變壓之變壓器，亦即，配置著變壓器11，變壓器11，係藉由變壓器之散熱器19，連結至配管8。在上方樓層之立足處B15，亦即，在上層階之地板，配置著連結在發電機5與變壓器11之間用以進行電力之轉換的動力調節器，亦即，配置著PCS10，係連結至與變壓器11不同的配管。

藉由變壓器之散熱器19連結至變壓器11的配管8，係以朝向塔台6之上方延伸來配設，以在比上方樓層之立足處B15更為上方處與連結至PCS10之其他配管合流的方式來進行連結。在比連結至變壓器11之配管8與連結至PCS10之其他配管的連結部分更為上方處，亦即，在比流過配管內之PCS10及變壓器11之排熱流更為下游側的配管8，設置風扇機9。

此外，在連結至PCS10之配管、及藉由變壓器之散熱器19連結至變壓器11之配管，分別設置著流量控制手段之限流孔A12、及限流孔B13，可以獨立而個別地控制流過各配管內之排熱流量。

流過配管8內之PCS10及變壓器11的排熱，被風扇機9強制地吹向配管8之上方，再從塔台6上方之配管8的開口端釋出至塔台6內。被釋出至塔台6內之PCS10及變壓器11的排熱，被吹向設置在比立足處B15更為上方樓層的立足處C16，形成回流並沿著塔台6之內壁面，朝塔台6之下方流動，進而藉由塔台6之壁面為外氣所冷卻。立足處C16，在塔台6也具有頂棚之機能。

本實施例之風力發電裝置，塔台6係利用鋼材等材料來形成，因為高熱傳導率，沿著塔台6之內壁面流動之PCS10及變壓器11的排熱，藉由塔台6之壁面以良好效率與外氣進行熱交換。此外，上方樓層之立足處B15，亦即，上層階之地板，在塔台6之內壁面旁邊設有開口17及開口18，立足處B15不會妨礙沿著塔台6之內壁面流動之PCS10及變壓器11之排熱的流動，而為可以良好效率流動至塔台6下方的構造。

藉由塔台6之壁面被進行冷卻之PCS10及變壓器11的排熱，在流至塔台6之下部後，再藉由變壓器之散熱器19從連結在變壓器11之配管的開口部流入配管內，而再度被應用於PCS10及變壓器11等之發熱機器的冷卻。換言之，PCS10及變壓器11之排熱，係以在塔台 6之上下方向而在塔台6內進行回流之方式流動。

此處，設置在立足處B15之開口17及開口18，可以沿著塔台6之內壁面旁邊之立足處B15外周設置複數開口之方式來實施，此外，也可以強固之鋼骨材等從塔台6支撐立足處B15之方式來設置直徑小於塔台6之內周的立足處B15。

第3圖，係改變第2圖之配管之配管方法的變形例。第2圖中，係將風扇機9設置在連結至PCS10之配管，藉由變壓器之散熱器19，使連結至變壓器11之配管與連結至PCS10之配管進行合流的方式來配置配管，相對於此，第3圖中，係將風扇機9設置在藉由變壓器之散熱器19連結至變壓器11之配管，使連結至PCS10之配管與藉由變壓器之散熱器19連結至變壓器11之配管進行合流的方式來配置配管。

換言之，第2圖中，係以連結至PCS10之配管做為主配管，而以藉由變壓器之散熱器19連結至變壓器11之配管做為支配管的方式來配置配管，相對於此，第3圖中，係以藉由變壓器之散熱器19連結至變壓器11之配管做為主配管，而以連結至PCS10之配管做為支配管的方式來配置配管。

第3圖所示之風力發電裝置，也與第2圖相同，在連結至PCS10之配管、及藉由變壓器之散熱器19連結至變壓器11之配管，分別設置流量控制手段之限流孔C20、限流孔D21，可以控制流過各配管內之排熱的流 量。

依據實施例1之風力發電裝置，無需針對設置在塔台6內之複數發熱機器個別設置換氣空調設備之風扇機，卻可更有效率地冷卻複數發熱機器，進而減少設置在塔台6內之機器之熱所導致的故障及錯誤動作。

實施例1中，係針對將變壓器11及變壓器之散熱器19配置在下方樓層之立足處，亦即，配置在下層階之地板，而將PCS10配置在上方樓層之立足處，亦即，配置在上層階之地板時之例來進行說明，然而，將變壓器11、變壓器之散熱器19、以及PCS10配置在同一樓層之立足處，亦即，配置在同一階之地板時，或者，將PCS10配置在下方樓層之立足處，亦即，配置在下層階之地板，而將變壓器11及變壓器之散熱器19配置在上方樓層之立足處，亦即，配置在上層階之地板時，也都可以得到同樣的效果。

此外，利用第3圖，來針對第2圖之變形例之配管之配管方法的其他例來進行說明，然而，配管之配管方法，並未受限於第2圖及第3圖之配管方法，只要對應配置在塔台6內之機器之各自發熱量來進行配管之配管施工，就可以提高設置在塔台6內之機器類整體的冷卻效率。

〔實施例2〕

第4圖及第5圖，係實施例2之塔台6內部 之例示。第4圖及第5圖，係第1圖之A部的放大圖。此外，第5圖係第4圖之變形例。以下，針對與以第1圖至第3圖所說明之部分重複的部分，省略其詳細說明來進行說明。第5圖，係第4圖之配管之配管方法的變形例，係對應於第2圖之變形例的第3圖。

本實施例之風力發電裝置，係實施例1之風力發電裝置的塔台6，在塔台6之壁面具備有開口22。如第4圖及第5圖所示，在塔台6之一部分，設置用以取入外氣之外氣取入口，亦即，設置開口22，在使PCS10及變壓器11之排熱在塔台6內進行回流時，使從外氣取入口取入之外氣合流，來進一步提高配置在塔台6內之PCS10及變壓器11等之發熱機器的冷卻效率。

依據實施例2之風力發電裝置，與實施例1相同，無需針對設置在塔台6內之複數發熱機器個別設置換氣空調設備之風扇機，卻可更有效率地冷卻複數發熱機器，進而減少設置在塔台6內之機器之熱所導致的故障及錯誤動作。

實施例2中，也與實施例1相同，將變壓器11及變壓器之散熱器19配置在下方樓層之立足處，亦即，配置在下層階之地板，而將PCS10配置在上方樓層之立足處，亦即，配置在上層階之地板時，或者，將變壓器11、變壓器之散熱器19、以及PCS10配置在同一樓層之立足處，亦即，配置在同一階之地板時，或者，將PCS10配置在下方樓層之立足處，亦即，配置在下層階之 地板，而將變壓器11及變壓器之散熱器19配置在上方樓層之立足處，亦即，配置在上層階之地板時，皆可得到相同的效果。

此外，與實施例1相同，塔台6內之配管的配管方法，並未受限於第4圖及第5圖之配管配置，只要對應配置在塔台6內之機器的各自發熱量來進行配管之配管施工，就可以提高設置在塔台6內之機器類整體的冷卻效率。

另外，本發明，並未受限於上述實施例，而包含了各式各樣的變形例在內。例如，上述實施例，係以容易了解之方式來說明本發明為目的，所實施的詳細說明，並未限定必須具備所說明之全部構成者。此外，可以將其中一實施例之構成的一部分置換成其他實施例之構成，此外，也可以在其中一實施例之構成追加其他實施例之構成。此外，可以針對各實施例之構成的一部分，實施其他構成之追加‧刪除‧置換。

1‧‧‧輪葉

2‧‧‧輪轂

3‧‧‧機艙

4‧‧‧加速機

5‧‧‧發電機

6‧‧‧塔台

7‧‧‧基礎

8‧‧‧排氣管

9‧‧‧風扇機

10‧‧‧PCS

11‧‧‧變壓器

Claims (13)

1. 一種風力發電裝置，係具有：塔台，其係設置在地上或海洋上，做為發電機之支柱；機艙，其係設置在前述塔台上，內建著前述發電機；以及轉子，其係設置在前述機艙之其中一端，由承受風力並轉換成旋轉動能之輪轂及輪葉所構成的風力發電裝置，其特徵為，具備：第一發熱機器，其係設置在前述塔台內之第一地板上，連結著第一排氣管；第二發熱機器，其係設置在第二地板上，連結著第二排氣管；第三排氣管，藉由風扇機連結至前述第一排氣管及前述第二排氣管；第一限流孔，其係設在前述第一排氣管內，用以控制前述第一發熱機器所排出之排熱的流量；以及第二限流孔，其係設在前述第二排氣管內，用以控制前述第二發熱機器所排出之排熱的流量；且將前述第一發熱機器所排出之排熱及前述第二發熱機器所排出之排熱，藉由前述風扇機及前述第三排氣管，釋出至前述塔台內，使前述第一發熱機器所排出之排熱及前述第二發熱機器所排出之排熱，藉由設置在前述第二地板面之前述塔台 之內壁旁邊的開口，在前述塔台內進行回流來進行冷卻。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之風力發電裝置，其中，前述第一地板及前述第二地板，係設置在不同樓層。
3. 如申請專利範圍第1項的風力發電裝置，其中，前述第一地板及前述第二地板，係設置在同一樓層。
4. 如申請專利範圍第1項至3項之其中任一項所記載的風力發電裝置，其中，前述第一發熱機器，係用以進行前述發電機所發電之電力之電壓之變壓的變壓器，前述第二發熱機器，係用以轉換前述發電機所發電之電力的動力調節器。
5. 如申請專利範圍第1項至3項之其中任一項所記載的風力發電裝置，其中，前述第一發熱機器，係用以轉換前述發電機所發電之電力的動力調節器，前述第二發熱機器，係用以進行前述發電機所發電之電力之電壓之變壓的變壓器。
6. 一種風力發電裝置，係具有：塔台，其係設置在地上或海洋上，做為發電機之支柱；機艙，其係設置在前述塔台上，內建著前述發電機；以及轉子，其係設置在前述機艙之其中一端，由承受風力 並轉換成旋轉動能之輪轂及輪葉所構成；的風力發電裝置，其特徵為，具備：第一發熱機器，其係設置在前述塔台內之第一地板上，連結著第一排氣管；第二發熱機器，其係設置在第二地板上，連結著第二排氣管；第一限流孔，其係設在前述第一排氣管內，用以控制前述第一發熱機器所排出之排熱的流量；及第二限流孔，其係設在前述第二排氣管內，用以控制前述第二發熱機器所排出之排熱的流量；且前述第一排氣管之與連結至前述第一發熱機器之這一側呈相反側之端部，係連結至前述第二排氣管，前述第二排氣管，在從與前述第一排氣管相連結之部分流過前述第二排氣管內之排熱的下游側，具備風扇機，使前述第一發熱機器所排出之排熱、及前述第二發熱機器所排出之排熱，藉由前述風扇機及前述第二排氣管，釋出至前述塔台內，並使前述第一發熱機器所排出之排熱及前述第二發熱機器所排出之排熱，藉由設置在前述第二地板面之前述塔台之內壁旁邊的開口，在前述塔台內進行回流來進行冷卻。
7. 如申請專利範圍第6項所記載之風力發電裝置，其中，前述第一地板及前述第二地板，係設置不同的樓層。
8. 如申請專利範圍第7項所記載之風力發電裝置，其中， 在前述塔台內，前述第二地板，係設置在比前述第一地板高的樓層。
9. 如申請專利範圍第7項所記載之風力發電裝置，其中，在前述塔台內，前述第二地板，係設置在比前述第一地板低的樓層。
10. 如申請專利範圍第6項所記載之風力發電裝置，其中，前述第一地板及前述第二地板，係設置在同一樓層。
11. 如申請專利範圍第6項至10項之其中任一項所記載的風力發電裝置，其中，前述第一發熱機器，其係用以進行前述發電機所發電之電力之電壓之變壓的變壓器，前述第二發熱機器，其係連結在前述發電機與變壓器之間，用以轉換電力的動力調節器。
12. 如申請專利範圍第6項至10項之其中任一項所記載的風力發電裝置，其中，前述第一發熱機器，其係連結在前述發電機與變壓器之間，用以轉換電力之動力調節器，前述第二發熱機器，其係用以進行前述發電機所發電之電力之電壓之變壓的變壓器。
13. 如申請專利範圍第1項至3項、或第6項至10項之其中任一項所記載的風力發電裝置，其中，在前述塔台之一部分，有用以取入外氣之外氣取入 口，使前述第一發熱機器所排出之排熱及前述第二發熱機器所排出之排熱，在前述塔台內進行回流時，與從前述外氣取入口取入之外氣進行合流。