WO2012002068A1 - 風力発電装置 - Google Patents

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WO
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nacelle
wall surface
wind power
wind turbine
heat input
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PCT/JP2011/061779
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English (en)
French (fr)
Inventor
松尾　毅
宮元　慎一
Original Assignee
三菱重工業株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/10—Stators
    • F05B2240/14—Casings, housings, nacelles, gondels or the like, protecting or supporting assemblies there within
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/60—Fluid transfer
    • F05B2260/64—Aeration, ventilation, dehumidification or moisture removal of closed spaces
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a wind turbine generator that generates power by receiving wind power from a wind turbine blade, and more particularly, to a technique for suppressing the amount of heat input to the nacelle of the wind turbine generator.
  • a wind power generator (hereinafter also referred to as a “windmill”) generates power by a generator driven by rotating a rotor head provided with windmill blades by receiving wind force and increasing the speed of the rotation by a speed increaser.
  • the rotor head described above is installed on a wind turbine tower (hereinafter referred to as “tower”) and attached to the end of a nacelle that can be yaw-turned so that it can rotate about a substantially horizontal lateral rotation axis. It is supported by.
  • a transmission device and a power generator for mechanical rotational force received from a wind turbine blade are installed as a general device configuration.
  • the rotational force transmission device includes a main bearing and a speed increaser
  • the power generation device includes a generator, a transformer, an inverter, and a control panel, or a generator and a control panel.
  • Such nacelle equipment uses the outside air drawn from the nacelle inlet, and heat is exchanged between the outside air and the cooling medium by individual heat exchangers installed for each equipment as a heat source, and the heat absorbed by the outside air is cooled.
  • a medium is supplied to a device to be cooled and cooled. In this case, the outside air sucked into the nacelle is generally subjected to salt removal and dust removal through a filter.
  • FIGS. 4A and 4B specific examples for each heat generating device are illustrated in FIGS. 4A and 4B.
  • reference numeral 1 in the figure is a wind power generator
  • 2 is a tower
  • 3 is a nacelle
  • 4 is a rotor head
  • 5 is a wind turbine blade
  • 6 is a nacelle inlet
  • 7 is an exhaust.
  • FIG. 4B is an enlarged view of a main part showing the wall surface structure of the nacelle 3.
  • the nacelle wall surface of a general nacelle structure has an outer wall structure that joins a wall member 3a made of fiber reinforced plastic (hereinafter referred to as "FRP") divided into a plurality of parts.
  • FRP fiber reinforced plastic
  • lubricating oil circulating in the lubricating oil circulation system is used as a cooling medium for exchanging heat with the outside air.
  • the oil cooler 11 exchanges heat between the lubricating oil and the outside air, and supplies the rotating oil with the heat absorbed by the outside air to the rotating portion to cool the lubricating and frictional heat.
  • an antifreeze liquid is used as a cooling medium for exchanging heat with the outside air
  • Primary air is used for cooling the electrical equipment as a heat source.
  • continuous cooling is performed by supplying the antifreeze liquid or the primary air sucked into the outside air to the electrical equipment of the heat source to be cooled and circulating it.
  • Reference numeral 14 in the figure is a transformer.
  • the above-described outside air flows into the nacelle 3 from the nacelle inlet 6 by operating the fan 15.
  • This outside air flows through the nacelle 3 to exchange heat with various cooling media and ventilate and cool the inside of the nacelle, and then flows out from the exhaust port 7 to the outside.
  • the wall member 3a of the nacelle 3 described above is generally made of FRP having a wall thickness of about 100 mm, the thermal resistance of the FRP becomes dominant. Therefore, the influence of sunlight heat input on the internal air temperature of the nacelle 3 is often substantially negligible.
  • Patent Document 1 listed below discloses a thermal barrier coating composition that has high thermal barrier properties and that efficiently reflects thermal energy such as sunlight to prevent thermal energy from entering, and a structure having the coating film. ing. Further, the windmill of Patent Document 2 describes that an ultraviolet reflective coating is applied to the surface of the wing in order to prevent birds from accidentally colliding with or contacting the rotating windmill wing.
  • the solar constant (the amount of solar energy incident perpendicular to the unit area of the earth's atmospheric surface) is about 1370 W / m 2 , and therefore the heat receiving area of the nacelle ceiling and side is 80 m 2 (nacell height 4 m, nacelle width).
  • the heat input from the sun to the nacelle wall surface is about 77 kW.
  • the amount of heat input from sunlight into the nacelle increases due to a decrease in thermal resistance.
  • the air temperature in the nacelle exceeds the upper limit of the electronic device environmental temperature, which causes a reduction in the life of the electronic devices. That is, if the wall thickness of the wall member 3a is reduced in the nacelle 3 of the wind power generator 1, the heat dissipation resistance is reduced and the heat dissipation performance is improved, but at the same time the heat input resistance is also reduced, so that the sunlight enters the nacelle. The amount of heat increases.
  • the thickness of the nacelle wall 3a is reduced to reduce the weight, and at the same time, the inside of the nacelle 3 is reduced. It was difficult to suppress an increase in heat input.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and has achieved a reduction in weight by reducing the wall thickness of the nacelle and suppresses an increase in the amount of heat input from sunlight into the nacelle. The purpose is to provide.
  • a wind power generator is an outer wall surface that receives sunlight in a wind power generator in which a drive / power generation mechanism connected to a rotor head to which a wind turbine blade is attached is housed in a nacelle.
  • the coating surface of the high reflectance paint is formed on at least a part of the above.
  • High reflectivity paint is a paint that has higher reflectivity in the near-infrared region (780 nm to 2500 nm) than ordinary paints by mixing hollow ceramic beads, high reflectivity pigments, etc., about 100 to 150 ⁇ m It is applied to the surface to be reflected so as to have a film thickness of.
  • the outer wall surface preferably includes a nacelle outer wall surface, a rotor head cover, and a tower wall surface, and at least a part of the outer wall surface is highly reflective. If the coating surface of the rate paint is formed, heat input from sunlight to these insides can be suppressed.
  • at least one of the outer wall surface of the nacelle and the cover of the rotor head is formed of fiber reinforced plastic, and the fiber reinforced plastic layer is made of a reflective material.
  • a layer is provided, which eliminates the need for a separate coating process for applying a highly reflective paint, and selectively reflects near-infrared regions that contribute to heating to suppress heat input. Can do.
  • the reflective material layer is preferably formed inside the gel coat layer formed as a strong clear layer, which can prevent the reflection effect from being impaired by erosion and extend the life.
  • the wind turbine generator according to the second aspect of the present invention is a wind turbine generator in which a driving / power generating mechanism connected to a rotor head to which a wind turbine blade is attached is housed and installed in the nacelle. A reflection plate coated with a high reflectance paint is attached to the wall surface.
  • the reflector coated with a high reflectance paint is attached to the outer wall surface of the nacelle that receives sunlight, the outer wall surface of the nacelle that is most susceptible to sunlight is a high reflectance paint.
  • the applied surface of the surface can selectively reflect near-infrared regions contributing to heating, and heat input can be suppressed.
  • Such a reflector is particularly effective as a solar heat input measure for existing wind power generators.
  • the reflector is preferably made of fiber reinforced plastic, and the fiber reinforced plastic layer is preferably provided with a layer of reflective material.
  • the reflective material layer is preferably formed inside the gel coat layer formed as a strong clear layer, which can prevent the reflection effect from being impaired by erosion and can extend the life.
  • the present invention it is possible to provide a wind turbine generator that reduces the wall thickness of the nacelle to reduce the weight and suppresses the amount of heat input from sunlight into the nacelle. That is, in a wall member such as made of fiber reinforced plastic, the heat input resistance and the heat dissipation resistance are contradictory, but in the present invention, the thickness of the nacelle wall is reduced to reduce the weight, and at the same time, the high reflection By reducing the increase in the amount of heat input to the nacelle by forming the coating surface of the rate paint and the reflective surface of sunlight, the heat input is reduced and the heat dissipation is improved.
  • the rise in the air temperature in the nacelle is suppressed, and it is possible to prevent the air temperature in the nacelle from exceeding the upper limit of the environmental temperature of the electronic device and reducing the life of the electronic device. It has a great effect on improvement.
  • a wind power generator 1A includes a tower 2 standing on a foundation, a nacelle 3 installed at the upper end of the tower 2, and a rotor head provided on the nacelle 3 so as to be rotatable about a substantially horizontal axis. 4 is provided. A plurality of (for example, three) wind turbine blades 5 are attached to the rotor head 4 in a radial pattern around its rotational axis.
  • the illustrated wind power generator 1A is called an upwind type in which the wind turbine blades 5 rotate in front of the nacelle 3, but the present invention described below is also applicable to, for example, a downwind type, It is not limited to this.
  • a main bearing 9 and a speed increaser 10 are provided as a mechanical driving force transmission mechanism that transmits the rotation of the rotor head 4 to the generator 13. Further, inside the nacelle 3, an inverter control panel 12, a transformer 14 that transforms the electric power generated by the generator 13, and the like are installed as various electric devices constituting a power generation mechanism by the generator 13.
  • the drive / power generation mechanism connected to the rotor head 4 to which the wind turbine blade 5 is attached is housed and installed in the nacelle 3.
  • Such a drive / power generation mechanism includes devices that generate heat by operation, mechanical parts and electronic devices whose environmental temperature is determined.
  • the nacelle 3 is a hollow member having a substantially rectangular parallelepiped shape in which the periphery of a nacelle base plate and a skeleton forming member (not shown) are covered with a wall surface member 3a.
  • the wall surface member 3 a is a plate-like member made of, for example, fiber reinforced plastic (FRP), and the wall surface member 3 a forms the outer wall surface of the nacelle 3.
  • FRP fiber reinforced plastic
  • a nacelle intake port 6 that opens to the wall surface member 3 a is provided in order to introduce outside air for cooling into the nacelle 3.
  • a filter having a function of removing salt and removing dust is attached to the nacelle inlet 6.
  • an exhaust port 7 is provided on the upper surface of the nacelle 3 in order to allow the outside air for cooling circulating inside the nacelle 3 to flow out to the atmosphere.
  • the arrow Ca in a figure shows an example of an external air mainstream, and an actual external air flow flows through the inside of the nacelle 3 according to the arrangement
  • the application surface 20 of the high reflectance paint is formed.
  • the coating surface 20 is formed on the outer surface of the ceiling (including the outer surface of the rain shield 7a) and the side surfaces (both side surfaces and the rear end surface) of the nacelle 3.
  • the high-reflectivity paint is a paint in which the reflectivity in the near infrared region (780 nm to 2500 nm) is increased by mixing hollow ceramic beads, a high-reflectance pigment, and the like as compared with a general paint. This high reflectivity paint is applied so as to have a film thickness of about 100 to 150 ⁇ m, and the application surface 20 is formed on the surface on which sunlight is to be reflected.
  • the reflectance of the high reflectance paint is generally about 0.8 to 0.9.
  • the solar constant is about 1370 W / m 2
  • the heat receiving area of the ceiling and side surfaces of the nacelle 3 that is a substantially rectangular parallelepiped is 80 m 2 (the nacelle height 4 m, nacelle width 4 m, nacelle length 5 m)
  • the rate is 0.7
  • the heat input from the sun to the nacelle wall surface is about 77 kW.
  • the amount of heat input to the inside of the nacelle 3 is greatly reduced from 77 kW to about 8 to 16 kW by forming the coating surface 20 of the high reflectance paint.
  • the wall surface member 3a of the nacelle 3 does not need to be thick in order to increase the heat input resistance.
  • the thermal conductivity of FRP used for the wall member 3a of the nacelle 3 is 0.3 W / mk and the thickness of the wall member 3a is 10 cm
  • the thermal resistance is 3 W / m 2 K.
  • the heat input from sunlight is reduced to about 1/10 to 1/5. Therefore, the thickness of the wall surface portion 3a required for the same thermal resistance is about 1 to 2 cm. Is enough. Therefore, by reducing the thickness of the wall surface portion 3a, the wall surface weight of the nacelle 3 can be reduced and the cost can be reduced.
  • the formation of such an application surface 20 can provide a sufficient effect of reducing the amount of heat input even when only the outer surface of the ceiling of the nacelle 3 that is most susceptible to solar heat.
  • the application surface 20 of the high reflectance paint described above is not limited to the entire outer wall surface (ceiling surface, both side surfaces, and the rear end surface) of the nacelle 3 that receives sunlight, but only the ceiling surface or the side surface. Also good. That is, if the application surface 20 of the high reflectance paint is formed on at least a part of the outer wall surface of the nacelle 3, the effect of reducing the heat input can be obtained. Further, the application surface 20 of the high-reflectance paint described above is not limited to the outer wall surface of the nacelle 3, and other outer wall surfaces that receive sunlight, such as the cover of the rotor head 4 and the wall surface of the tower 2. The amount of heat input may be reduced by forming them. Thus, if the application surface 20 of the highly reflective paint is formed on at least a part of the outer wall surface having the connecting portion with the nacelle 3, heat input from sunlight into the nacelle 3 can be suppressed. .
  • the application surface 20 of the high reflectance paint since the application surface 20 of the high reflectance paint is formed on at least a part of the outer wall surface that receives sunlight, the application surface 20 of the high reflectance paint contributes to heating. Only the near infrared region to be reflected can be selectively reflected to suppress heat input. For this reason, while reducing the wall surface thickness of the nacelle 3 and achieving weight reduction, the amount of heat input from sunlight into the nacelle 3 can be suppressed.
  • the heat input resistance and the heat radiation resistance are contradictory to each other, but by forming the above-described coating film surface 20, the thickness of the nacelle wall 3a is reduced and the weight is reduced.
  • the application surface 20 of the high-reflectance paint is formed to suppress an increase in the amount of heat input to the inside of the nacelle 3, thereby realizing a reduction in the amount of heat input.
  • the nacelle 3 an increase in the air temperature in the nacelle is suppressed, and it becomes possible to prevent the air temperature in the nacelle from exceeding the upper limit of the electronic device environmental temperature and reducing the life of the electronic devices.
  • the reliability and durability of the power generator 1A are improved.
  • a reflecting plate 30 having a high-reflectance paint applied to the upper surface is attached to a ceiling portion of an outer wall surface of the nacelle that receives sunlight by a support material 31.
  • the reflection plate 30 is attached by being separated from the ceiling surface by a support material 31 so as not to disturb the flow of the air in the nacelle flowing out from the exhaust port 7.
  • an application surface 20 formed by applying the same high reflectance paint as in the above-described embodiment.
  • the reflector 30 having the application surface 20 formed on the ceiling of the nacelle 3 that is most susceptible to sunlight is attached.
  • the application surface 20 can selectively reflect near-infrared regions contributing to heating and suppress heat input.
  • Such a mounting operation of the reflector 30 is advantageous in terms of safety and construction costs as compared with a painting operation that is the same high-place operation in the existing wind power generator 1B. That is, when the reflecting plate 30 is attached to the existing nacelle 3, the high-reflectance paint can be applied on the ground, so that the work at high places is only installation work. Therefore, the reflector 30 of the present embodiment is particularly effective as a solar heat input measure for the existing wind power generator 1B.
  • the wind power generator 1B shown in the figure does not have the coating surface 20 of the high reflectance paint other than the top surface of the reflecting plate 30, the coating surface 20 may be formed on the side surface of the nacelle 3 as necessary.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the layer structure showing the sunlight reflecting surface 40 formed on the surface of the FRP.
  • the outer wall surface of the nacelle 3 is made of FRP, and a reflection surface 40 that reflects sunlight is formed on the outer surface side.
  • the reflective surface 40 is obtained by forming a ceramic bead layer 42 and a clear layer 43 on the surface of the FRP 41. That is, a ceramic bead layer 42 is provided between the outer surface of the FRP 41 and the clear layer 43, and a reflective material such as a hollow ceramic bead that selectively reflects near-infrared regions contributing to heating and suppresses heat input.
  • the reflection surface 40 that reflects sunlight is formed.
  • Such a reflective surface 40 can be formed simultaneously with the manufacture of the FRP 41 when the FRP 41 that forms the outer wall surface of the nacelle 3 or the reflective plate 30 is formed. For this reason, it is not necessary to separately perform a painting process for painting the high reflectance paint, and the reflecting surface 40 can be formed integrally with the member surface manufactured by the FRP 41.
  • the reflective surface 40 is formed with the ceramic bead layer 42 of the reflective material inside the gel coat layer formed as the strong clear layer 43, the reflection surface 40 is prevented from being damaged by erosion. Life can be extended. However, when priority is given to cost reduction, the clear layer is not necessarily required.
  • the reflection surface 40 may be formed by mixing not only ceramic beads but also a pigment having a high reflectance.
  • the wall thickness of the nacelle 3 is reduced to reduce the weight, and the increase in the heat input to the inside of the nacelle 3 is suppressed. it can.
  • this invention is not limited to embodiment mentioned above, In the range which does not deviate from the summary, it can change suitably.

Abstract

　ナセルの壁面厚さを薄くして軽量化を図るとともに、太陽光からナセル内への入熱量が増大することを抑制する風力発電装置を提供する。風車翼（５）を取り付けたロータヘッド（４）に連結されている駆動・発電機構がナセル（３）内に収納設置されている風力発電装置（１Ａ）において、太陽光を受ける外壁面の少なくとも一部に高反射率塗料の塗布面（２０）が形成されている。

Description

風力発電装置
　本発明は、風車翼に風力を受けて発電する風力発電装置に係り、特に、風力発電装置のナセル内に対する入熱量を抑制する技術に関する。
　風力発電装置（以下では「風車」とも呼ぶ）は、風車翼を備えたロータヘッドが風力を受けて回転し、この回転を増速機により増速するなどして駆動される発電機により発電する装置である。
　上述したロータヘッドは、風車用タワー（以下、「タワー」と呼ぶ）上に設置されてヨー旋回可能なナセルの端部に取り付けられ、略水平な横方向の回転軸線周りに回転可能となるように支持されている。
　風力発電装置のナセル内には、一般的な装置構成として、風車翼から受けた機械的な回転力の伝達装置や発電装置が設置されている。このうち、回転力の伝達装置は、主軸受け及び増速機を備え、発電装置は、発電機、トランス、インバータ及び制御盤、もしくは、発電機及び制御盤を備えている。
　このようなナセル内機器は、ナセル吸気口から吸気される外気を用い、熱源となる機器毎に設置された個別の熱交換器により外気と冷却媒体とを熱交換させ、外気に吸熱された冷却媒体を冷却対象機器に供給して冷却することが行われている。この場合、ナセル内に吸気される外気は、一般的にはフィルタを介して除塩及び除塵の処理が施されている。
　ここで、外気と熱交換する冷却媒体の従来例について、発熱機器毎の具体例を図４Ａ，４Ｂに例示する。図４Ａにおいて、図中の符号１は風力発電装置、２はタワー、３はナセル、４はロータヘッド、５は風車翼、６はナセル吸気口、７は排気口である。
　また、図４Ｂは、ナセル３の壁面構造を示す要部拡大図である。一般的なナセル構造のナセル壁面は、複数に分割した繊維強化プラスチック（以下、「ＦＲＰ」と呼ぶ）製の壁面部材３ａを結合する外壁構造とされ、ナセル内部に設けたフランジ部３ｂをボルト・ナット８により結合する構造が採用されている。
　このような風力発電装置１において、機械的な伝達装置を構成する主軸受９及び増速機１０の冷却には、外気と熱交換する冷却媒体として潤滑油循環系統を循環する潤滑油が用いられている。この場合、オイルクーラ１１で潤滑油と外気とを熱交換させ、外気に吸熱されて温度低下した潤滑油を回転部に供給して潤滑及び摩擦熱の冷却を行っている。
　一方、発熱源となる電気機器類の冷却には、たとえばインバータ制御盤１２の場合、外気と熱交換する冷却媒体として不凍液が用いられ、発電機１３の場合、外気と熱交換する冷却媒体には一次系空気が用いられている。いずれの場合においても、外気に吸気された不凍液または一次系空気を冷却対象となる発熱源の電気器類に供給して循環させることにより、継続した冷却が行われている。なお、図中の符号１４はトランスである。
　上述した外気は、ファン１５を運転することにより、ナセル吸気口６からナセル３の内部に流入する。この外気は、ナセル３の内部を流れて各種冷却媒体との熱交換やナセル内部を換気冷却した後、排気口７から外部へ流出する。
　上述したナセル３の壁面部材３ａは、一般的に約１００ｍｍ程度の壁面厚さを有するＦＲＰ製であるから、ＦＲＰの熱抵抗が支配的となる。従って、ナセル３の内部空気温度に対して太陽光の入熱が及ぼす影響は、実質的に無視できることが多い。
　下記の特許文献１には、高い遮熱性を有し、太陽光等の熱エネルギーを効率よく反射することにより、熱エネルギーの侵入を防ぐ遮熱塗料組成物及びその塗膜を有する構築物が開示されている。
　また、特許文献２の風車には、回転する風車翼に鳥類が誤って衝突や接触することを防止するため、翼表面に紫外線反射塗料を塗布することが記載されている。
特開２００６－３３５９４９号公報 特開２００２－３９０５１号公報
　ところで、太陽定数（地球大気表面の単位面積に垂直に入射する太陽のエネルギー量）は約１３７０Ｗ／ｍ２であり、従って、ナセル天井及び側面の受熱面積を８０ｍ２（ナセル高さ４ｍ、ナセル幅４ｍ、ナセル長さ５ｍ）の略直方体と仮定すると、大気透過率０．７とするとき、太陽からナセル壁面への入熱量は約７７ｋＷとなる。
　一方、上述したＦＲＰ製のナセル３は、重量軽減のために壁面部材３ａの板厚を薄くすると、熱抵抗の低下により太陽光からナセル内部への入熱量が増大する。特に、夏季の日中においては、ナセル内空気温度が電子機器環境温度の上限を超え、電子機器類の寿命を低下させる原因となる。
　すなわち、風力発電装置１のナセル３において壁面部材３ａの板厚を薄くすると、放熱抵抗が低減して放熱性能は向上する反面、同時に入熱抵抗も小さくなるので、太陽光からナセル内部への入熱量は増大する。
　このように、壁面部材３ａの入熱抵抗と放熱抵抗とは相反する関係にあるが、現状の技術において、ナセル壁３ａの板厚を薄くして重量軽減を図りつつ、同時にナセル３の内部に対する入熱量の増大を抑制することは困難であった。
　本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、ナセルの壁面厚さを薄くして軽量化を図るとともに、太陽光からナセル内への入熱量が増大することを抑制した風力発電装置の提供を目的とする。
　本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
　本発明の第一の態様に係る風力発電装置は、風車翼を取り付けたロータヘッドに連結されている駆動・発電機構がナセル内に収納設置されている風力発電装置において、太陽光を受ける外壁面の少なくとも一部に高反射率塗料の塗布面が形成されているものである。
　このような風力発電装置によれば、太陽光を受ける外壁面の少なくとも一部に高反射率塗料の塗布面が形成されているので、高反射率塗料の塗布面では、加熱に寄与する近赤外域を選択的に反射して入熱を抑制することができる。
　高反射率塗料は、中空セラミックビーズや高反射率顔料等を混ぜることにより、一般的な塗料と比較して近赤外域（７８０ｎｍ～２５００ｎｍ）の反射率を高めた塗料であり、１００～１５０μｍ程度の膜厚となるように反射させたい面に塗布して使用する。
　本発明の第一の態様に係る風力発電装置においては、前記外壁面は、ナセル外壁面、ロータヘッドカバー及びタワー壁面を包含していることが好ましく、このような外壁面の少なくとも一部に高反射率塗料の塗布面が形成されていれば、太陽光からこれら内側への入熱を抑制することができる。
　また、本発明の第一の態様に係る風力発電装置においては、前記ナセルの外壁面及び前記ロータヘッドのカバーは、少なくともいずれかが繊維強化プラスチックで形成され、該繊維強化プラスチック層に反射材の層が設けられていることが好ましく、これにより、高反射率塗料を塗装する塗装工程を別途施工する必要がなく、加熱に寄与する近赤外域を選択的に反射して入熱を抑制することができる。この場合、反射材の層は、強固なクリア層として形成したゲルコート層の内側に形成されていることが好ましく、これにより、エロージョンにより反射効果が損なわれることを抑制して長寿命化できる。
　本発明の第二の態様に係る風力発電装置は、風車翼を取り付けたロータヘッドに連結されている駆動・発電機構がナセル内に収納設置されている風力発電装置において、太陽光を受けるナセル外壁面に、高反射率塗料を塗布した反射板が取り付けられているものである。
　このような風力発電装置によれば、太陽光を受けるナセル外壁面に、高反射率塗料を塗布した反射板が取り付けられているので、太陽光を最も受けやすいナセル外壁面は、高反射率塗料の塗布面が加熱に寄与する近赤外域を選択的に反射して入熱を抑制することができる。このような反射板は、特に既設の風力発電装置に対する太陽光入熱対策として有効である。
　本発明の第二の態様に係る風力発電装置においては、前記反射板は、繊維強化プラスチックで形成され、該繊維強化プラスチック層に反射材の層が設けられていることが好ましく、これにより、高反射率塗料を塗装する塗装工程を別途施工する必要がなく、加熱に寄与する近赤外域を選択的に反射して入熱を抑制することができる。この場合、反射材の層は、強固なクリア層として形成したゲルコート層の内側に形成されていることが好ましく、これにより、エロージョンにより反射効果が損なわれることを抑制して長寿命できる。
　上述した本発明によれば、ナセルの壁面厚さを薄くして軽量化を図るとともに、太陽光からナセル内への入熱量を抑制した風力発電装置を提供することができる。すなわち、繊維強化プラスチック製のような壁面部材においては、入熱抵抗及び放熱抵抗は相反する関係にあるが、本発明では、ナセル壁の板厚を薄くして重量軽減を図り、同時に、高反射率塗料の塗布面や太陽光の反射面を形成してナセル内部に対する入熱量の増大を抑制することにより、入熱量の低減と放熱性の向上を実現している。
　この結果、ナセル内空気温度の上昇が抑制され、ナセル内空気温度が電子機器環境温度の上限を超えて電子機器類の寿命を低下させることを防止できるので、風力発電装置の信頼性や耐久性の向上に大きな効果を有する。
本発明に係る風力発電装置について第１の実施形態を示す図で、ナセル内部の概略構成例を示す要部の断面図である。 本発明に係る風力発電装置について第１の実施形態を示す図で、ナセル壁面断面構造を示す断面図である。 本発明に係る風力発電装置について第２の実施形態を示す図で、ナセル内部の概略構成例を示す要部の断面図である。 繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）の表面に形成された太陽光の反射面を示す層構造の断面図である。 風力発電装置の従来構造を示す図で、ナセル内部の概略構成例を示す要部の断面図である。 風力発電装置の従来構造を示す図で、ナセル壁面断面構造を示す断面図である。
　以下、本発明に係る風力発電装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
　最初に、図１Ａ，１Ｂに基づいて、第１の実施形態を説明する。図１Ａにおいて、風力発電装置１Ａは、基礎上に立設されるタワー２と、タワー２の上端に設置されるナセル３と、略水平な軸線周りに回転可能にしてナセル３に設けられるロータヘッド４とを備えている。
　ロータヘッド４には、その回転軸線周りに放射状にして複数枚（たとえば３枚）の風車翼５が取り付けられている。これにより、ロータヘッド４の回転軸線方向から風車翼５に当たった風の力が、ロータヘッド４を回転軸線周りに回転させる動力に変換されるようになっている。なお、図示の風力発電装置１Ａは、ナセル３の前方で風車翼５が回転するアップウインド型と呼ばれるものであるが、以下に説明する本発明は、たとえばダウンウインド型にも適用可能であり、これに限定されることはない。
　ナセル３の内部には、ロータヘッド４の回転を発電機１３に伝達する機械的な駆動力伝達機構として、主軸受９及び増速機１０が設けられている。
　さらに、ナセル３の内部には、発電機１３による発電機構を構成する各種電気機器類として、インバータ制御盤１２や発電機１３で発電された電力を変圧するトランス１４等が設置されている。
　このように、風力発電装置１Ａは、風車翼５を取り付けたロータヘッド４に連結されている駆動・発電機構がナセル３の内部に収納設置されている。このような駆動・発電機構は、運転により発熱する機器類や、環境温度が定められた機械部品や電子機器類を含んでいる。
　ナセル３は、図示しないナセル台板及び骨格形成部材の周囲を壁面部材３ａにより覆われた略直方体形状を有する中空部材である。壁面部材３ａは、たとえば繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製の板状部材であり、この壁面部材３ａがナセル３の外壁面を形成している。
　ナセル３の前端面下方には、ナセル３の内部に冷却用の外気を導入するため、壁面部材３ａに開口するナセル吸気口６が設けられている。このナセル吸気口６には、除塩や除塵の機能を備えたフィルタが取り付けられている。また、ナセル３の上面には、ナセル３の内部を循環した冷却用の外気を大気へ流出させるため、壁面部材３ａの開口に雨よけ７ａを取り付けた排気口７が設けられている。
　ナセル吸気口６からファン１５の運転により導入される外気は、従来技術で説明したように、ナセル３の内部に設置された発熱機器類を冷却する冷却媒体との熱交換等に使用された後、温度上昇して排気口７から大気へ放出される。
　なお、図中の矢印Ｃａは外気主流の一例を示すものであり、実際の外気流れは、ナセル３内に設置された熱交換器の配置等に応じて、ナセル３の内部を循環して流れるようになっている。
　このように、風車翼５を取り付けたロータヘッド４に連結されている駆動・発電機構がナセル３内に収納設置されている風力発電装置１Ａにおいては、太陽光を受ける外壁面の少なくとも一部に、高反射率塗料の塗布面２０が形成されている。図示の構成例では、ナセル３の天井（雨よけ７ａの外面を含む）及び側面（両側面及び後端面）の外面に塗布面２０が形成されている。
　高反射率塗料は、中空セラミックビーズや高反射率顔料等を混ぜることにより、一般的な塗料と比較して近赤外域（７８０ｎｍ～２５００ｎｍ）の反射率を高めた塗料である。この高反射率塗料は、１００～１５０μｍ程度の膜厚となるように塗布し、太陽光を反射させたい面に塗布面２０を形成して使用する。
　高反射率塗料の反射率は、一般的に０．８～０．９程度である。
　一方、太陽定数を約１３７０Ｗ／ｍ２とし、略直方体としたナセル３の天井及び側面の受熱面積を８０ｍ２（ナセル高さ４ｍ、ナセル幅４ｍ、ナセル長さ５ｍ）と仮定すれば、大気透過率０．７とするとき、太陽からナセル壁面への入熱量は約７７ｋＷとなる。
　このような場合、高反射率塗料の塗布面２０を形成することにより、ナセル３の内部に対する入熱量は７７ｋＷから８～１６ｋＷ程度まで大幅に低下する。このため、ナセル３の壁面部材３ａは、入熱抵抗を大きくするために厚くする必要がなくなる。
　たとえば、ナセル３の壁面部材３ａに用いられるＦＲＰの熱伝導率を０．３Ｗ／ｍｋ、壁面部材３ａの厚みを１０ｃｍとすれば、熱抵抗は３Ｗ／ｍ２Ｋである。高反射率塗料の塗布後は、太陽光からの入熱が１／１０～１／５程度に低減されるので、同じ熱抵抗とするために必要な壁面部３ａの厚さは１～２ｃｍ程度で十分である。従って、このような壁面部３ａの厚さ低減により、ナセル３の壁面重量を低減し、コストダウンが可能になる。
　このような塗布面２０の形成は、最も太陽熱を受けやすいナセル３の天井外面のみとしても、十分な入熱量の低減効果が得られる。
　このように、上述した高反射率塗料の塗布面２０は、太陽光を受けるナセル３の外壁面全面（天井面、両側面及び後端面）に限定されることはなく、天井面あるいは側面のみとしてもよい。すなわち、ナセル３の外壁面において、少なくとも一部に高反射率塗料の塗布面２０が形成されていれば、入熱量の低減効果が得られる。
　また、上述した高反射率塗料の塗布面２０は、ナセル３の外壁面に限定されることはなく、たとえばロータヘッド４のカバーやタワー２の壁面のように、太陽光を受ける他の外壁面に形成して入熱量を低減してもよい。このように、ナセル３との接続部を有する外壁面の少なくとも一部に高反射率塗料の塗布面２０が形成されていれば、太陽光からナセル３内への入熱を抑制することができる。
　このような風力発電装置１Ａによれば、太陽光を受ける外壁面の少なくとも一部に高反射率塗料の塗布面２０が形成されているので、高反射率塗料の塗布面２０では、加熱に寄与する近赤外域のみを選択的に反射して入熱を抑制することができる。
　このため、ナセル３の壁面厚さを薄くして軽量化を図るとともに、太陽光からナセル３内への入熱量を抑制することができる。
　すなわち、ＦＲＰ製のような壁面部材３ａにおいては、入熱抵抗及び放熱抵抗は相反する関係にあるが、上述した塗膜面２０を形成することにより、ナセル壁３ａの板厚を薄くして重量の軽減及び放熱性の向上を図り、同時に、高反射率塗料の塗布面２０を形成してナセル３の内部に対する入熱量の増大を抑制し、入熱量の低減を実現している。
　この結果、ナセル３においては、ナセル内空気温度の上昇が抑制され、ナセル内空気温度が電子機器環境温度の上限を超えて電子機器類の寿命を低下させることを防止できるようになるので、風力発電装置１Ａの信頼性や耐久性が向上する。
　続いて、本発明に係る風力発電装置について、第２の実施形態を図２に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
　図２に示す風力発電装置１Ｂのナセル３は、太陽光を受けるナセル外壁面の天井部に、上面に高反射率塗料を塗布した反射板３０がサポート材３１により取り付けられている。この反射板３０は、排気口７から流出するナセル内空気の流れを妨げないように、サポート材３１により天井面から離して取り付けられている。
　サポート材３１の上面には、上述した実施形態と同様の高反射率塗料を塗布して形成された塗布面２０を備えている。
　このような風力発電装置１Ｂは、太陽光を最も受けやすいナセル３の天井部に塗布面２０を形成した反射板３０が取り付けられているので、ナセル３の外壁面天井部では、高反射率塗料の塗布面２０が加熱に寄与する近赤外域を選択的に反射して入熱を抑制することができる。
　このような反射板３０の取付作業は、既設の風力発電装置１Ｂにおいて同じ高所作業となる塗装作業と比較すると、安全性や工事費用の点で有利になる。すなわち、既設のナセル３に反射板３０を取り付ける場合、高反射率塗料の塗布は地上で実施できるため、高所作業は設置工事のみとなる。従って、本実施形態の反射板３０は、特に既設の風力発電装置１Ｂに対する太陽光入熱対策として有効である。
　なお、図示の風力発電装置１Ｂは、反射板３０の上面以外に高反射率塗料の塗布面２０はないが、必要に応じてナセル３の側面等に塗布面２０を形成してもよい。
　ところで、上述した第１及び第２の実施形態では、ナセル３の外壁面等に高反射率塗料の塗布面２０を形成していたが、高反射率塗料に代えて、以下に説明する太陽光の反射面を形成してもよい。
　図３は、ＦＲＰの表面に形成された太陽光の反射面４０を示す層構造の断面図である。この場合、ナセル３の外壁面等をＦＲＰ製とし、その外表面側に太陽光を反射する反射面４０が形成されている。
　反射面４０は、ＦＲＰ４１の表面にセラミックビーズ層４２及びクリア層４３を形成したものである。すなわち、ＦＲＰ４１の外表面とクリア層４３との間に、加熱に寄与する近赤外域を選択的に反射して入熱を抑制する中空セラミックビーズ等の反射材を配置したセラミックビーズ層４２を設け、太陽光を反射する反射面４０を形成したものである。
　このような反射面４０は、ナセル３の外壁面や反射板３０となるＦＲＰ４１を成形して製造する際に、反射面４０の形成もＦＲＰ４１の製造と同時に実施できる。このため、高反射率塗料を塗装する塗装工程を別途施工する必要がなく、ＦＲＰ４１で製造される部材表面に対して反射面４０を一体的に形成することができる。
　また、このような反射面４０は、強固なクリア層４３として形成したゲルコート層の内側に反射材のセラミックビーズ層４２が形成されているので、エロージョンにより反射効果が損なわれることを抑制して長寿命化することができる。
　但し、コストダウンを優先する場合、クリア層は必ずしも必要としない。また、反射面４０は、セラミックビーズだけでなく、高反射率の顔料などを混ぜて形成してもよい。
　このように、上述した本実施形態の風力発電装置１Ａ，１Ｂによれば、ナセル３の壁面厚さを薄くして軽量化を図るとともに、ナセル３の内部に対する入熱量の増大を抑制することができる。
　なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
　　１Ａ，１Ｂ　　風力発電装置
　　３　　ナセル
　　４　　ロータヘッド
　　５　　風車翼
　２０　　塗布面
　３０　　反射板
　４０　　反射面

Claims (5)

  1. 　風車翼を取り付けたロータヘッドに連結されている駆動・発電機構がナセル内に収納設置されている風力発電装置において、
    　太陽光を受ける外壁面の少なくとも一部に高反射率塗料の塗布面が形成されている風力発電装置。
  2. 　前記外壁面は、ナセル外壁面、ロータヘッドカバー及びタワー壁面を包含している請求項１に記載の風力発電装置。
  3. 　前記ナセルの外壁面及び前記ロータヘッドのカバーは、少なくともいずれかが繊維強化プラスチックで形成され、該繊維強化プラスチック層に反射材の層が設けられている請求項１に記載の風力発電装置。
  4. 　風車翼を取り付けたロータヘッドに連結されている駆動・発電機構がナセル内に収納設置されている風力発電装置において、
    　太陽光を受けるナセル外壁面に、高反射率塗料を塗布した反射板が取り付けられている風力発電装置。
  5. 　前記反射板は、繊維強化プラスチックで形成され、該繊維強化プラスチック層に反射材の層が設けられている請求項４に記載の風力発電装置。
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