JP2009091929A - 風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータヘッド内部の温度管理を可能にした風力発電装置を提供する。
【解決手段】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、ロータヘッド４のハブ７内に制御機器類が収納設置されている風力発電装置１において、ロータヘッド４とナセル３との間に形成されている連通路９を介して、ロータヘッド４の内部とナセル３の内部との間で空気を循環させる空気循環ガイド２０が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、自然エネルギーの風を回転力に変換する風車を用いて発電を行う風力発電装置に関する。

従来、自然エネルギーである風力を利用して発電を行う風力発電装置が知られている。この種の風力発電装置は、支柱上に設置されたナセルに、風車翼を取り付けたロータヘッドと、このロータヘッドと一体に回転するよう連結された主軸と、風車翼に風力を受けて回転する主軸を連結した増速機と、増速機の軸出力によって駆動される発電機とを設けたものである。このように構成された風力発電装置においては、風力を回転力に変換する風車翼を備えたロータヘッド及び主軸が回転して軸出力を発生し、主軸に連結された増速機を介して回転数を増速した軸出力が発電機に伝達される。このため、風力を回転力に変換して得られる軸出力を発電機の駆動源とし、発電機の動力として風力を利用した発電を行うことができる。

上述した従来の風力発電装置において、たとえば図２１に示すように、固体側のナセル３に対して回転側となるロータヘッド４のハブ７内には、発熱を伴う内部機器８が収納設置されている。この内部機器８としては、たとえば風速の変動に応じて風車翼５の翼ピッチを迅速かつ精密に変化させるピッチ制御装置等があり、電動機により駆動される油圧ポンプ等の駆動機器類やピッチ制御を行うコントロールパネル等の制御機器類により構成されている。なお、図中の符号４ａはロータヘッドカバーであり、ロータヘッド４はハブ７の外側をロータヘッドカバー４ａにより覆った構成とされる。

一方、ナセル３の内部においても、たとえば増速機や発電機等のように、運転時に発熱する部品が収納設置されている。このため、空気吸気口及び空気排気口を形成し、たとえば風車により運転されるファンによりナセル内部を換気して温度上昇を防止する冷却構造が採用されている。
なお、上述したナセル３とロータヘッド４との間は、たとえばパンチングメタル等を取り付けた連通路９を介して空間的に接続されているものの、ロータヘッド４側が閉塞されていることから空気の流通はほとんどない。

また、風力発電装置の関連従来技術としては、たとえばタワーヘッド内に設置されるスイッチボードに冷却装置を備えたものが開示されている。（たとえば、特許文献１参照）
米国特許出願公開第２００７／０１１９１８５号明細書

ところで、上述した風力発電装置は、近年の大出力化に対応して風車翼も大型化する傾向にある。このため、ロータヘッドのハブ内に設置される機器類の出力を増すことが必要になるので、出力の増大に伴って機器類の発熱量も増加することとなる。このような発熱量の増加は、ハブ４の内部温度を上昇させることになるので、設置環境の温度管理を必要とする電気・電子部品よりなる制御機器類にとって厳しい状況となる。
また、ロータヘッドとナセルとの間は空気の流通がほとんどなく、ロータヘッド内の発熱で温度上昇した空気のほとんどがそのまま滞留した状態となる。
さらに、ロータヘッドの内部は、内部機器を雨水等から保護するために密閉性を必要とするので、上述した連通路以外は密閉されている。特に、ロータヘッドのハブ内に設置された機器類の防水対策として、ハブ内の密閉性が求められている。

このように、ロータヘッドの内部は、熱のこもりやすい密閉構造を採用する必要があるので、内部機器の発熱量増大による内部温度の上昇は顕著になる。従って、制御機器類を正常に作動させて発電を継続するためには、ロータヘッド内部を冷却するなど十分な温度管理が必要となる。このような背景から、風力発電装置の大型化に伴って、ロータヘッド内部の冷却による温度管理を行い、風力発電装置の信頼性や耐久性を向上させることが重要課題となっている。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ロータヘッド内部の温度管理を可能にした風力発電装置を提供することにある。

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、前記ロータヘッドのハブ内に制御機器類が収納設置されている風力発電装置であって、前記ロータヘッドと前記ナセルとの間に形成されている連通路を介して、前記ロータヘッドの内部と前記ナセルの内部との間で空気を循環させる空気流形成手段が設けられていることを特徴とするものである。

このような本発明によれば、ロータヘッドとナセルとの間に形成されている連通路を介して、ロータヘッドの内部とナセルの内部との間で空気を循環させる空気流形成手段が設けられているので、冷却構造を備えているため比較的温度の低い空気がロータヘッド内を流通して内部温度を低下させる。

上記の風力発電装置において、前記空気流形成手段は、前記連通路に設置された空気循環用ガイドであることが好ましく、これにより、回転側のロータヘッドと固定側のナセルとの間に形成された連通路では、空気循環用ガイドが専用の動力を必要とすることなく相対的な回転運動を行って空気の循環量を増すことができる。
この場合、前記空気循環用ガイドは、前記ナセル側に固定して前記連通路の周方向へ半周にわたって複数取り付けられたものでもよいし、あるいは、前記空気循環用ガイドは、前記ロータヘッド側に固定して前記連通路の周方向へ半周にわたって複数取り付けられたものでもよい。

また、上記の発明において、前記空気流形成手段は、前記ロータヘッドの内部に取り付けられ、前記連通路を内周部側と外周部側とに分割するとともに、前記ロータヘッドの内部空間をハブ外周面側とロータヘッド内壁面側とに分割し、前記ハブ外周面側と前記ロータヘッド内壁面側との間を連通させる開口部を備えている空気流路形成部材と、前記ロータヘッド側に固定され前記連通路の内周部側に沿って全周に配列された内周側空気循環用ガイドと、前記ナセル側に固定され前記連通路の外周部側に沿って全周に配列された外周側空気循環用ガイドとを備え、前記ナセル内の空気を前記空気流路形成部材の内部に導入して循環させることが好ましく、これにより、回転側のロータヘッドと固定側のナセルとの間に形成された連通路においては、空気循環用ガイドが専用の動力を必要とすることなく相対的な回転運動を行って空気の循環量を増すことができる。この場合、比較的温度の低いナセル内の空気は、最初に空気流路形成部材の内側（ハブ外周面側）に導入されて循環した後、開口部から外側（ロータヘッド内壁面側）に流出してナセル側へ戻る。

また、上記の発明において、前記空気流形成手段は、前記ロータヘッド内の所定位置で静止するように設置された空気流加速部材であることが好ましく、これにより、回転するロータヘッド側から見ると、静止した空気流加速部材が動力を必要とすることなく相対的な回転をした状態となる。この結果、空気流加速部材は、ロータヘッドの内部に空気の循環流を形成することができる。なお、この場合の空気流加速部材は、回動自在に軸支されたプロペラ形状部材や板状部材を重り等により所定位置に保持して静止させればよい。

また、上記の発明において、前記空気流形成手段は、前記ナセル内と前記ハブ内とを連通するロータ軸内流路と、前記ナセル内に設けた送風手段と、前記ハブに穿設した流出孔とを備え、前記ナセル内の空気を前記ハブの内部に導入して前記流出孔から流出させた後、前記連通路を介して前記ナセル内に戻して循環させることが好ましく、これにより、比較的温度の低いナセル内部の空気をハブの内部に流出させて確実に換気し、ハブの内部を冷却することができる。さらに、流出孔から空気が流出するので、ハブの内部に水滴等が侵入することを防止して気密に近い状態を形成することができる。

また、上記の発明において、前記空気流形成手段は、前記連通路に設置されるとともに、前記ロータヘッド側の回転を駆動力として動作するファンであることが好ましく、これにより、電動機等の駆動源がなくてもファンを動作させて、比較的温度の低いナセル内の空気をロータヘッド内へ循環させて換気することができる。

本発明の風力発電装置は、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、前記ロータヘッドのハブ内に制御機器類が収納設置されている風力発電装置であって、前記ロータヘッドの外部と前記ハブの内部との間を連通させるとともにルーバーを備えている外気導入路を設け、前記外気導入路の入口から前記ハブの内部に導入した外気が、前記ハブに穿設した流出孔及び前記ロータヘッドと前記前記ナセルとの間に形成されている連通路を通って流出する外気循環流路を形成したことを特徴とするものである。

このような本発明によれば、ロータヘッドの外部とハブの内部との間を連通させるとともにルーバーを備えている外気導入路を設け、外気導入路の入口からハブの内部に導入した外気が、ハブに穿設した流出孔及びロータヘッドとナセルとの間に形成されている連通路を通って流出する外気循環流路を形成しているので、ハブの内部を外気により確実に冷却するとともに、ルーバーにより水滴等の侵入を防止して気密に近い状態を形成することができる。

本発明の風力発電装置は、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、前記ロータヘッドのハブ内に制御機器類が収納設置されている風力発電装置であって、前記ロータヘッド及び前記ハブの少なくとも一方に放熱手段を設けたことを特徴とするものである。

このような風力発電装置によれば、ロータヘッド及びハブの少なくとも一方に放熱手段を設けたので、気密性を損なうことなくロータヘッドやハブの内外における伝熱量を増すことができる。この場合の放熱手段としては、ペルチェ素子等の冷却用熱伝素子や放熱フィン等が有効である。

上述した本発明によれば、ナセルの内部から比較的温度の低い空気を導入して、あるいはロータヘッドの内部に外気を直接導入して循環させることにより、ロータヘッド内部の冷却による温度管理を行い、特に制御機器類の動作環境を維持して風力発電装置の信頼性や耐久性を向上させることができる。
また、ロータヘッド及びハブの少なくとも一方に放熱手段を設けて伝熱量を増すことにより、ロータヘッド内部の冷却による温度管理を行い、特に制御機器類の動作環境を維持して風力発電装置の信頼性や耐久性を向上させることができる。

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。
風力発電装置１は、図５に示すように、基礎６上に立設される支柱２と、支柱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とを有している。
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の風車翼５が取り付けられている。この結果、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。

ナセル３の内部には、たとえば図６に示すように、ロータヘッド４と同軸の増速機１０を介して連結された発電機１１を具備してなる駆動・発電機構が収納設置されている。すなわち、ロータヘッド４の回転を増速機１０で増速して発電機１１を駆動させることにより、発電機１１より発電機出力Ｗが得られるようになっている。なお、図６に示す符号１２はトランス、１３はコントローラ、１４はインバータ、１５はインバータクーラ、１６は潤滑油クーラである。

上述したナセル３の内部は、増速機１０や発電機１１等の回転により発熱や、インバータ１４等の発熱により内部温度が上昇する。このため、インバータクーラ１５や潤滑油クーラ１６を設置して冷却するとともに、ナセル３の適所には、内部を換気して冷却するために冷却ファンを備えた吸排気口（不図示）が設けられている。このため、ナセル３の内部は、内部空気の冷却及び換気により比較的温度が低い状態になっている。

さて、ロータヘッド４は、主軸に連結されて回転するハブ７に風車翼５が取り付けられている。ハブ７の外周は、所定の空間を形成してロータヘッドカバー４ａにより覆われている。
ハブ７の内部には、たとえば風車翼５のピッチ制御を行う油圧機器類やコントロールパネル等の内部機器８が収納設置されている。このうち、油圧ポンプ等の油圧機器類は発熱体となり、一方、コントロールパネルのような制御機器類を構成する電気・電子部品は設置環境の温度条件に制約を受ける。また、内部機器８にとって雨水等の侵入は好ましいことではないから、ハブ７には密閉性が必要とされる。

そこで、本発明では、風車翼５を取り付けたロータヘッド４に連結されている増速機１０や発電機１１等の駆動・発電機構がナセル３内に収納設置され、かつ、ロータヘッド４のハブ７内にコントロールパネル等の制御機器類が収納設置されている風力発電装置１において、ロータヘッド４とナセル３との間に形成されている連通路９を介して、ロータヘッド４の内部とナセル３の内部との間で空気を循環させるための空気流形成手段を設けてある。
なお、上述した連通路９には、たとえばパンチングメタルや網状部材等のように、ロータヘッド４及びナセル３の両空間を空気が流通する連通状態にして仕切る仕切部材９ａが取り付けられている。

以下では、空気流形成手段の実施形態について、具体的な構成例を図面に基づいて説明する。
＜第１の実施形態＞
図１から図３に示す第１の実施形態において、空気流を形成する空気流形成手段は、連通路９に設置された空気循環用ガイド（以下、「ガイド」と呼ぶ）２０とされる。このガイド２０は、たとえば図３に示すような翼形の部材であり、円形となる連通路９の周方向において、略半周にわたって等ピッチに複数枚が配設されている。図示の構成例では、ガイド２０が連通路９の上部半周（以下、「上部領域」と呼ぶ）にわたって取り付けられているが、特に限定されるものではない。なお、図３に示すガイド２０の翼形において、図中の符号２１は背、２２は腹である。

図１及び図２に示す構成では、複数のガイド２０が固定側となるナセル３に取り付けられている。すなわち、連通路９に設置される仕切部材９ａは、ロータヘッド４とナセル３との間に形成されている固定側のナセル３に固定支持されており、この仕切部材９ａの上部領域に対して、上述したガイド２０を固定して取り付けた構成とされる。
図２は、ナセル３に固定された仕切部材９ａに取り付けられているガイド２０をロータヘッド４側から見た図であり、ロータヘッド４の回転方向（矢印Ｒ参照）において、放射状に配置したガイド２０は、翼形状の腹２２側から背２１側へ向かうように取り付けられている。換言すれば、回転方向Ｒへ向けて回転するロータヘッド４は、ガイド４が設置されている上部領域を通過する際に、腹２２、背２１、腹２２、背２１・・・背２１の順に通過することとなる。

このように構成された空気流形成手段を設けたことにより、ロータヘッド４が回転すると、ロータヘッド４とナセル３との間に形成されている連通路９を介して、ロータヘッド４の内部とナセル３の内部との間で空気を循環させることができる。すなわち、ガイド２０が専用の動力を必要とすることなく相対的な回転運動を行うことで、回転側のロータヘッド４と固定側のナセル３との間に形成された連通路９を介して循環する空気量を増すことができる。
この結果、ロータヘッド４の内部には、冷却及び換気による冷却構造を備えているナセル３内から比較的温度の低い空気が導入され、この空気がロータヘッド４の内部を流通することによってロータヘッド４及びハブ７の内部温度を低下させる。

以下、上述した空気の循環を具体的に説明する。
風力発電装置１は、風車翼５に風を受けることにより、ロータヘッド４が矢印Ｒの方向へ回転する。このため、ナセル３側に固定されて静止側となるガイド２０は、ロータヘッド４に対して回転するのと同様の状態となり、ガイド２０が存在する上部の領域では、ガイド２０の翼形に沿ってロータヘッド４内からナセル３側へ向かう空気の流れ（図中の矢印Ｆｈ参照）が形成される。この空気流Ｆｈは、内部機器８の加熱を受けて温度上昇した比較的温度の高い空気をロータヘッド４内から吸い出してナセル３側へ送出するものである。

上述した空気流Ｆｈが形成されると、ロータヘッド４の内圧は低下するため、ナセル３の内圧が相対的に高くなる。この結果、連通路９の下部領域には、内圧が高いナセル３側からロータヘッド４内へ流れる比較的温度の低い空気の流れ（図中の矢印Ｆｃ参照）が形成される。従って、ロータヘッド４の回転が継続することにより、連通路９の上部領域を通過する空気流Ｆｈと、連通路９の下部領域を通過する空気流Ｆｃとにより、ロータヘッド４内から比較的温度の高い空気が流出し、かつ、ナセル３内から比較的温度の低い空気が流入する空気の循環流が形成される。この循環流は、ロータヘッド４の回転及びガイド２０の作用により生じるものであるから、循環流形成用として新たな駆動源を設ける必要はない。

上述した空気の循環流が形成されると、ナセル３の内部とロータヘッド４との間においては、連通路９を介して流れる通気量が増加する。この結果、ロータヘッド４内の内部温度を低下させるとともに、内部機器８が発熱するハブ７の表面から放熱する熱量を増加させることができる。従って、密閉されたハブ７の内部に熱がこもることを防止し、内部温度の上昇を抑制して電気・電子部品の性能維持に必要な温度管理を行うことができる。
ところで、上述した実施形態では、空気流形成手段を翼形のガイド２０としたが、たとえば図４に示すように、薄板を略翼形状に湾曲させた翼形湾曲板２０Ａとしてもよいし、あるいは、単に薄板形状（平板）としたガイドを空気流に対して傾斜配置してもよい。

＜第２の実施形態＞
続いて、本発明の第２の実施形態を図７及び図８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。
この実施形態においては、連通口９を仕切るパンチングメタル等の仕切部材９ｂがロータヘッド４側に取り付けられている。そして、空気流を形成する空気流形成手段として、連通路９には空気循環用ガイド（以下、「回転ガイド」と呼ぶ）２０Ａが取り付けられている。この回転ガイド２０Ａは、たとえば図３に示す翼形の部材や図４に示す翼形湾曲板を採用し、円形となる連通路９の周方向において、略半周にわたって等ピッチに複数枚が配設されている。なお、図３に示す回転ガイド２０の翼形において、図中の符号２１は背となり、２２は腹である。

図８は、ロータヘッド４に固定された仕切部材９ｂに取り付けられている回転ガイド２０Ａをナセル３側から見た図である。この場合、矢印Ｒで示す回転方向へロータヘッド４が回転すると、放射状に配置した回転ガイド２０Ａは、固定側であるナセル３の所定位置を翼形状の腹２２、背２１、腹２２・・・背２１の順に通過することとなる。
このように構成された空気流形成手段を設けたことにより、ロータヘッド４が回転すると、ロータヘッド４とナセル３との間に形成されている連通路９を介して、ロータヘッド４の内部とナセル３の内部との間で、専用の動力を必要とすることなく空気を循環させることができる。すなわち、回転ガイド２０Ａがロータヘッド４と一体に回転することにより、回転側のロータヘッド４と固定側のナセル３との間に形成された連通路９を介して循環する空気量を増すことができる。
この結果、ロータヘッド４の内部には、冷却及び換気による冷却構造を備えているナセル３内から比較的温度の低い空気が導入され、この空気がロータヘッド４の内部を流通することによってロータヘッド４及びハブ７の内部温度を低下させる。

以下、上述した空気の循環を具体的に説明する。
ロータヘッド４が矢印Ｒの方向へ回転すると、回転ガイド２０Ａはロータヘッド４と一体に回転する。このため、回転ガイド２０Ａが存在する領域では、回転ガイド２０Ａの翼形に沿ってロータヘッド４内からナセル３側へ向かう空気の流れ（図中の矢印Ｆｈ参照）が形成される。この空気流Ｆｈは、内部機器８の加熱を受けて温度上昇した比較的温度の高い空気をロータヘッド４内から吸い出してナセル３側へ送出するものである。

上述した空気流Ｆｈが形成されると、ロータヘッド４の内圧は低下するため、ナセル３の内圧が相対的に高くなる。この結果、回転ガイド２０Ａが存在しない連通路９の領域においては、内圧が高いナセル３側からロータヘッド４内へ流れる比較的温度の低い空気の流れ（図中の矢印Ｆｃ参照）が形成される。従って、ロータヘッド４の回転が継続することにより、比較的温度の高い空気流Ｆｈと、比較的温度の低い空気流Ｆｃとにより、ロータヘッド４及びナセル３の内部に空気の循環流が形成される。この循環流は、ロータヘッド４の回転及びガイド２０の作用により生じるものであるから、循環流形成用として新たな駆動源を設ける必要はない。
そして、この循環流により、ナセル３の内部とロータヘッド４との間では連通路９を介して流れる通気量が増加するので、ロータヘッド４内の内部温度を低下させるとともに、内部機器８が発熱するハブ７の表面から放熱する熱量を増加させることができる。

＜第３の実施形態＞
続いて、本発明の第３の実施形態を図９及び図１０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。
この実施形態においては、連通口９を仕切るパンチングメタル等の仕切部材９ａ、９ｂがナセル３及びロータヘッド４の両方に、たとえば半径方向に分割して取り付けられている。図示の例では、連通路９に対して、ナセル３側の略外周側半分に仕切部材９ａが取り付けられ、ロータヘッド４の略内周側半分に仕切部材９ｂが取り付けられている。

この場合の空気流形成手段は、上述した第１の実施形態で説明したガイド２０と、第２の実施形態で説明した回転ガイド２０Ａとを組み合わせて使用する。すなわち、連通路９の外周側には外周側空気循環用ガイドとしてナセル３側に固定されたガイド２０を取り付け、かつ、連通路９の内周側には内周側空気循環用ガイドとしてロータヘッド４と一体に回転する回転ガイド２０Ａを取り付ける。そして、この場合のガイド２０及び回転ガイド２０Ａは、いずれも連通路９の全周にわたって等ピッチに配設されている。なお、ロータヘッド４の回転方向Ｒと翼形の取付方向（背２１及び腹２２の配置）については、上述した実施形態と同様である。

また、この実施形態においては、連通路９を内周部側と外周部側とに分割するとともに、ロータヘッド４の内部空間をハブ外周面側とロータヘッド内壁面側とに分割する空気流路形成部材として、コーン状の流路分離ガイド２３がロータヘッド４の内部に取り付けられている。この流路分離ガイド２３は、仕切部材９ａ、９ｂが切り替わる連通路９の位置を起点とし、ナセル３から離間してロータヘッド４の先端部側へ延びるコーン形状を有している。

そして、流路分離ガイド２３の内部空間２３ａには、すなわちハブ外周面側に形成された空間にはハブ７が収納設置され、流路分離ガイド２３の内壁面とハブ７の外壁面との間に空気流路（内部流路）を形成している。また、流路分離ガイド２３の外部空間２３ｂには、すなわちロータヘッド内壁面側に形成された空間には、ロータヘッドカバー４ａとの間にもう一つの空気流路（外部流路）を形成している。
さらに、流路分離ガイド２３は、上述した内部空間２３ａと外部空間２３ｂとの間を連通させるため、すなわちハブ外周面側の内部流路とロータヘッド内壁面側の外部流路との間を連通させるため、たとえば先端部に形成された開口部２４を備えている。

このような構成により、ナセル３内の空気を流路分離ガイド２３ａの内部空間２３ａに導入して循環させることができる。このとき、回転側のロータヘッド４と固定側のナセル３との間に形成された連通路９では、ガイド２０及び回転ガイド２０Ａが専用の動力を必要とすることなく相対的な回転運動を行って空気の循環量を増すので、比較的温度の低いナセル３内の空気は、最初に内部空間２３ａに導入されて循環した後、開口部２４から外部空間２３ｂに流出してナセル３側へ戻る。特に、回転ガイド２０Ａは、ナセル３内の空気をロータヘッド４内へ押し込む方向の流れを形成し、かつ、ガイド２０は、ロータヘッド４内の空気をナセル３内へ吸い込む方向の流れを形成するので、両ガイド２０，２０Ａが協働して空気の循環流を効率よく形成することができる。

ところで、上述した実施形態の説明では、温度の低い空気が最初に内部空間２３ａを通過してハブ７内を効率よく冷却できるため、連通路９の外周側にガイド２０を配置し内周側に回転ガイド２０Ａを配置しているが、空気の循環流を形成するという目的を達成するためには逆の配置としてもよい。
また、開口部２４の位置についても、温度の低い空気が内部空間２３ａ内の全域を確実に通過するように配置したが、その設置数も含めて特に限定されるものではない。

＜第４の実施形態＞
続いて、本発明の第４の実施形態を図１１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。
この実施形態では、空気流形成手段としてロータヘッド４内の所定位置で静止するように設置された空気流加速部材が採用されている。以下では、空気流下側部材の具体的な構成例として、静止プロペラ３０について説明する。

図１１に示す静止プロペラ３０は、回転するロータヘッド４の内部で静止するように取り付けられている。この静止プロペラ３０は、ハブ７とロータヘッドカバー４ａとの間を連結して取り付けられた軸３１に重り３２とともに回動自在に軸支されている。従って、ハブ７とともにロータヘッド４が回転しても、重り３２と一体の静止プロペラ３０は回転することなく所定位置に略静止した状態となる。すなわち、重り３２が軸３１の下方に垂下された状態を維持しようとするので、この重り３２により静止プロペラ３０は静止時と同じ位置に保持される。

このようにして、ロータヘッド４が回転した状態で静止プロペラ３０が所定位置に静止していると、回転するロータヘッド４側から見ると、静止した静止プロペラ３０が動力を必要とすることなく相対的な回転をした状態となるので、ロータヘッド４の内部では、静止プロペラ３０により空気の循環流ｆが形成される。この循環流は、ナセル３の内部とロータヘッド４との間で連通路９を介して流れる通気量を増加させるので、ロータヘッド４内の内部温度を低下させるとともに、内部機器８が発熱するハブ７の表面から放熱する熱量を増加させることができる。

また、本実施形態の空気流形成手段は、上述した静止プロペラ３０に限定されることはなく、たとえば図１２に示す変形例のように、静止プロペラ３０に代えて重り３１と一体の板状部材３３を採用してもよい。このような板状部材３３も、回転するロータヘッド４側から見ると、静止した板状部材３３が動力を必要とすることなく相対的な回転をした状態となるので、ロータヘッド４の内部には、静止プロペラ３０の場合と同様に、板状部材３３による空気の循環流が形成されることとなる。

＜第５の実施形態＞
続いて、本発明の第５の実施形態を図１３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。
この実施形態では、ナセル３内とハブ７内とを連通するロータ軸内流路４０と、ナセル３内に設けた送風手段のファン（不図示）と、ハブ７に穿設した流出孔７ａとを備え、ナセル３内の空気をハブ７の内部に導入して流出孔７ａから流出させた後、連通路９を介してナセル３内に戻して循環させる空気流形成手段が採用されている。なお、この場合のファンについては、専用のものを新たに設けてもよいし、あるいは、ナセル３内の換気・冷却用ファンを利用してもよい。

このような構成とすれば、ロータ軸内流路４０を通して比較的温度の低いナセル３内部の空気をハブ７の内部まで確実に導入し、流出孔７ａから流出させることができるので、ハブ７の内部を確実に換気して冷却することができる。さらに、流出孔７ａから空気が流出した状態となるので、ハブ７の内部に水滴等が侵入することを防止し、気密に近い状態を形成することができる。

＜第６の実施形態＞
続いて、本発明の第６の実施形態を図１４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。
この実施形態では、連通路９に設置されるとともに、ロータヘッド４側の回転を駆動力として動作するファン５０を空気流形成手段としている。すなわち、回転するハブ７または主軸（不図示）と噛合する歯車５１を介して駆動されるファン５０を連通路９の適所に設置し、電動機等の駆動源がなくてもファン５０を機械的に動作させて空気の循環流を形成することができる。

上述したファン５０は、たとえば図１４に示すように、一方がナセル３内の比較的温度の低い空気をロータヘッド４内へ押し込む空気流Ｆｃを形成し、他方がロータヘッド４内の比較的温度の高い空気をナセル３内へ吸い込む空気流Ｆｈを形成するように複数設置してもよいし、あるいは、空気流Ｆｃまたは空気流Ｆｈのいずれか一方を形成するファン５０を設置してもよい。なお、上述したファン５０の設置は、第１の実施形態や第２の実施形態で説明したガイド２０及び回転ガイド２０Ａと実質的に同様の循環流形成機能を有している。

＜第７の実施形態＞
続いて、本発明の第７の実施形態を図１５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。
この実施形態では、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内に収納設置され、ロータヘッド４のハブ７内に制御機器類が収納設置されている風力発電装置１において、ロータヘッド４の外部とハブ７の内部との間を外気導入路６０により連通させ、外気導入路６０の適所にルーバー６１を設置している。

そして、外気導入路６０の入口６０ａからハブ７の内部に導入した外気をロータヘッド４の内部へ流出させるため、ハブ７には流出孔７ａが穿設されている。
従って、外気導入路６０の入口６０ａから導入された外気流（図中の矢印Ｆｇ）は、ルーバー６１を通過してハブ７の内部へ流入する。このとき、ルーバー６１を通過することにより、雨水等の水滴が侵入することを防止できる。ハブ７の内部に流入した外気流Ｆｇは、ハブ７の内部を換気して冷却するとともに、内部機器８を冷却する。こうして温度上昇した外気流Ｆｇは、流出孔７ａを通ってロータヘッド４内へした後、ロータヘッド４とナセル３との間に形成されている連通路９を通ってナセル３の内部へ流出する。

この結果、外気導入路６０の入口６０ａから流入した外気流が、ルーバー６１、ハブ７の内部、流出孔７ａ、ロータヘッド４の内部及び連通路９を通ってナセル３内へ流出する外気循環流路が形成される。なお、ナセル３の内部へ流出した外気流Ｆｇは、ナセル３の換気用出口から外部へ流出する。
このように、ロータヘッド４の外部とハブ７の内部との間を連通させるとともにルーバー６１を備えている外気導入路６０を設け、外気導入路６０の入口６０ａからハブ７の内部に導入した外気が、ハブ７に穿設した流出孔７ａ及びロータヘッド４とナセル７との間に形成されている連通路９を通って流出する外気循環流路を形成したので、ハブ７の内部を温度の低い外気により確実に冷却するとともに、ルーバー６１により水滴等の侵入を防止して気密に近い状態を形成することができる。

＜第８の実施形態＞
続いて、本発明の第８の実施形態を図１６から図１９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。
この実施形態では、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内に収納設置され、ロータヘッド４のハブ７内に制御機器類が収納設置されている風力発電装置１において、ロータヘッド４及びハブ７の少なくとも一方に放熱手段が設けられている。

図１６に示す実施形態では、ロータヘッド４内に設置されているハブ７を貫通して、たとえばペルチェ効果により内部の熱を外部へ放出する放熱用熱伝素子７０が取り付けられている。すなわち、ハブ７の壁面を貫通して取り付けた放熱用熱伝素子７０は、ペルチェ効果により内部機器８が放熱した熱をハブ７の内部から外部へ放出するので、ハブ７の内外における伝熱量を増して温度上昇を防止または抑制することができる。このとき、放熱用伝熱素子７０の貫通部を水密に処理すれば、ハブ７の内部は、気密性が損なわれることはない。

また、この実施形態で採用した放熱用熱伝素子７０は、上述したハブ７を貫通して取り付けるだけでなく、ロータヘッド４のロータヘッドカバー４ａを貫通して取り付けることにより、熱を外気へ放出するようにしてもよい。このような放熱用熱伝素子７０は、たとえば図１８に示すように、ハブ７及びロータヘッドカバー４ａの両方に取り付けることにより、ハブ７内の温度上昇を効率よく確実に防止または抑制することができる。
さらに、上述した放熱用熱伝素子７０は、上述した各実施形態と組み合わせて採用することも可能である。

図１７に示す第１変形例では、上述した放熱用熱伝素子７０に代えて、伝熱面積を増すための放熱フィン７１が取り付けられている。図示の例では、放熱フィン７１がロータヘッドカバー４ａを貫通して取り付けられているが、ハブ７のみを貫通して取り付けてもよいし、あるいは、ハブ７及びロータヘッドカバー４ａの両方（図１８参照）に取り付けてもよい。この場合においても、放熱フィン７１０の貫通部を水密に処理すれば、ハブ７やロータヘッド４の内部は、気密性が損なわれることはない。
また、この第１変形例は、上述した放熱用熱伝素子７０と同様に、上述した各実施形態と組み合わせて採用することも可能である。

図１９及び図２０に示す第２変形例では、ハブ７の内部からロータヘッド４の外側まで連続して貫通する放熱フィン７２が採用されている。この放熱フィン７２は、各放熱フィン７２がハブ７の内部から外気に触れるロータヘッド４の外側まで貫通しているので、ハブ７の内部から温度の低い外気へ直接放熱することができる。このような放熱フィン７２は、たとえば図２０に示すように、隣接する風車翼５の間に突出することが好ましい。
また、この第２変形例についても、上述した放熱用熱伝素子７０や放熱フィン７１と同様に、上述した各実施形態と組み合わせて採用することも可能である。

このように、ロータヘッド４及びハブ７の少なくとも一方に放熱用熱伝素子７０や放熱フィン７１、７２のような放熱手段を設けたので、気密性を損なうことなくロータヘッド４やハブ７の内外における伝熱量を増すことができる。そして、このような放熱手段を上述した各実施形態に追加して組み合わせると、ロータヘッド４及びハブ７の内部温度が上昇するのを防止し、より一層効率よく冷却して温度管理することができる。

従って、上述した本発明によれば、ナセル３の内部から比較的温度の低い空気を導入して、あるいはロータヘッド４の内部に外気を直接導入して循環させることにより、ロータヘッド内部の冷却による温度管理を行い、特に電気・電子部品よりなる制御機器類の動作環境を維持して風力発電装置の信頼性や耐久性を向上させることができる。さらに、ロータヘッド４及びハブ７の少なくとも一方に放熱手段を設けて伝熱量を増すことにより、ロータヘッド内部の冷却による温度管理を行い、制御機器類の動作環境を維持して風力発電装置の信頼性や耐久性を向上させることができる。
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、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。

本発明に係る風力発電装置の一実施形態を示す図で、空気循環用ガイドの第１の実施形態について要部を示す断面図である。 図１の空気循環用ガイドをロータヘッド側から見た図である。 空気循環用ガイドとなる翼形を示す斜視図である。 空気循環用ガイドの変形例として湾曲部材を示す斜視図である。 風力発電装置の全体構成例を示す図である。 ナセルの内部構成例を示す斜視図である。 本発明に係る風力発電装置の一実施形態を示す図で、空気循環用ガイドの第２の実施形態について要部を示す断面図である。 図７の空気循環用ガイドをナセル側から見た図である。 本発明に係る風力発電装置の一実施形態を示す図で、空気循環用ガイドの第３の実施形態について要部を示す断面図である。 図９の空気循環用ガイドをロータヘッド側から見た図である。 本発明に係る風力発電装置の一実施形態を示す図で、空気循環用ガイドの第４の実施形態について要部を示す断面図である。 図１１の変形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５の実施形態を示す要部断面図である。 本発明に係る風力発電装置について、第６の実施形態を示す要部断面図である。 本発明に係る風力発電装置について、第７の実施形態を示す要部断面図である。 本発明に係る風力発電装置について、第８の実施形態を示す要部断面図である。 図１６の第１変形例を示す要部断面図である。 図１６及び図１７の変形例を示す要部断面図である。 図１６の第２変形例を示す要部断面図である。 図１９をロータヘッドの先端部側から見た図である。 従来例を示す要部断面図である。

符号の説明

１ 風力発電装置
２ 支柱
３ ナセル
４ ロータヘッド
４ａ ロータヘッドカバー
５ 風車翼
７ ハブ
７ａ 流出孔
８ 内部機器
９ 連通路
９ａ，９ｂ 仕切部材
１０ 増速機
１１ 発電機
２０，２０Ａ 空気循環用ガイド（空気流形成手段）
２３ 流路分離ガイド（空気流路形成部材）
２４ 開口部
３０ 静止プロペラ（空気流形成手段）
３３ 板状部材（空気流形成部材）
４０ ロータ軸内流路
５０ ファン（空気流形成手段）
６０ 外気導入路
６１ ルーバー
７０ 放熱用熱伝素子（放熱手段）
７１，７２ 放熱フィン

Claims (10)

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、前記ロータヘッドのハブ内に制御機器類が収納設置されている風力発電装置であって、
   前記ロータヘッドと前記ナセルとの間に形成されている連通路を介して、前記ロータヘッドの内部と前記ナセルの内部との間で空気を循環させる空気流形成手段が設けられていることを特徴とする風力発電装置。
2. 前記空気流形成手段が、前記連通路に設置された空気循環用ガイドであることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
3. 前記空気循環用ガイドが、前記ナセル側に固定して前記連通路の周方向へ半周にわたって複数取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の風力発電装置。
4. 前記空気循環用ガイドが、前記ロータヘッド側に固定して前記連通路の周方向へ半周にわたって複数取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の風力発電装置。
5. 前記空気流形成手段が、
   前記ロータヘッドの内部に取り付けられ、前記連通路を内周部側と外周部側とに分割するとともに、前記ロータヘッドの内部空間をハブ外周面側とロータヘッド内壁面側とに分割し、前記ハブ外周面側と前記ロータヘッド内壁面側との間を連通させる開口部を備えている空気流路形成部材と、
   前記ロータヘッド側に固定され前記連通路の内周部側に沿って全周に配列された内周側空気循環用ガイドと、
   前記ナセル側に固定され前記連通路の外周部側に沿って全周に配列された外周側空気循環用ガイドとを備え、
   前記ナセル内の空気を前記空気流路形成部材の内部に導入して循環させることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
6. 前記空気流形成手段が、前記ロータヘッド内の所定位置で静止するように設置された空気流加速部材であることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
7. 前記空気流形成手段が、前記ナセル内と前記ハブ内とを連通するロータ軸内流路と、前記ナセル内に設けた送風手段と、前記ハブに穿設した流出孔とを備え、
   前記ナセル内の空気を前記ハブの内部に導入して前記流出孔から流出させた後、前記連通路を介して前記ナセル内に戻して循環させることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
8. 前記空気流形成手段が、前記連通路に設置されるとともに、前記ロータヘッド側の回転を駆動力として動作するファンであることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
9. 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、前記ロータヘッドのハブ内に制御機器類が収納設置されている風力発電装置であって、
   前記ロータヘッドの外部と前記ハブの内部との間を連通させるとともにルーバーを備えている外気導入路を設け、
   前記外気導入路の入口から前記ハブの内部に導入した外気が、前記ハブに穿設した流出孔及び前記ロータヘッドと前記ナセルとの間に形成されている連通路を通って流出する外気循環流路を形成したことを特徴とする風力発電装置。
10. 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、前記ロータヘッドのハブ内に制御機器類が収納設置されている風力発電装置であって、
    前記ロータヘッド及び前記ハブの少なくとも一方に放熱手段を設けたことを特徴とする風力発電装置。

Images