JP2010031722A - 風力発電装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】風車翼を取り付けたロータヘッド4に連結されている駆動・発電機構等の機器Eがナセル3の内部に収納設置され、ナセル3に設置した換気ファンを駆動することにより、ナセル前面に設けた吸気口31から導入した外気をファン出口に連通する排気口32からナセル3の外部へ排出して内部の換気冷却を行う風力発電装置において、ナセル外部を流れる気流により負圧を生じる位置のナセル側面3aに側面吸気口34を増設した。
【選択図】図1
Description
このように構成された風力発電装置1においては、風力を回転力に変換する風車翼5を備えたロータヘッド4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。
この換気装置は、ナセル3の前面に設けた吸気口31と、ナセル3の後方上部に設けた排気口32と、吸気口31に設けた換気ファン(不図示)とを備えている。吸気口31を設けたナセル3の前面は、外部を流れる空気流の動圧が最も大きくなる位置である。
風力発電装置1の設置サイトが温暖な場合、ナセル3の前面に設けた吸気口31のみでは、機器Eの冷却に必要な風量を十分に確保できない恐れがある。このような設置サイトでは、機器Eの温度上昇による損傷が問題となる。
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、外気温度に依存することなく広範な設置環境に適応してナセル内部を換気冷却することができる風力発電装置を提供することにある。
本発明の請求項1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機構及び発電機構の機器類がナセルの内部に収納設置され、前記ナセルに設置した換気ファンを駆動することにより、ナセル前面に設けた吸気口から導入した外気をファン出口に連通する排気口から前記ナセルの外部へ排出して内部の換気冷却を行う風力発電装置であって、ナセル外部を流れる気流により負圧を生じるナセル側面位置に側面吸気口を増設したことを特徴とするものである。
また、風力発電装置の運転停止時には、ナセル外部を流れる気流が側面吸気口の位置で負圧となるため、増設した側面吸気口からナセル内部へ浸入する外気量を最小限に抑えることができる。従って、寒冷地に設置した風力発電装置の運転停止時においては、ナセル内部の温度低下を抑制することができる。
この場合、増設する側面吸気口を吸気口に近いナセル側面の下部に配置すれば、吸気口から流入した外気は、ナセル内部を循環することなく略そのまま側面吸気口から流出して排気されるので、ナセル内部の換気を抑制することができる。
この場合、前記側面後方吸気口は、ナセル側面の後方上部に位置していることが好ましく、これにより、外気温が高い状況で側面後方吸気口を開とすれば、ナセル内部において温度の高い後方上部の換気を効率よく行うことができる。
この場合、前記流路断面形状は、軸中心線が流入側から流出側へ下がるように傾斜し、かつ、流路断面を形成する下部壁面に雨樋を備えていることが好ましく、これにより、ガラリからナセル内部へ浸入しようとする雨水を外部へ排水することができる。
図3に示す風力発電装置1は、支柱2の上部にナセル3が設置されている。ナセル3の前端部側には、風車翼5を取り付けたロータヘッド4が回転可能に支持されている。ナセル3の内部には、ロータヘッド4と一体に回転するよう連結された主軸(不図示)と、風車翼5に風力を受けて回転する主軸を連結した増速機(不図示)と、増速機の軸出力によって駆動される発電機(不図示)と、各種制御を行う制御機器(不図示)のような機器類が設置されている。
このように構成された風力発電装置1は、風力を回転力に変換する風車翼5を備えたロータヘッド4及び主軸が回転して軸出力を発生するので、主軸に連結された増速機を介して駆動される発電機により、風力を利用した発電を行うことができる。
このような風力発電装置1に対し、以下に説明する第1の実施形態では、たとえば図1及び図2に示すように、ナセル3の外部を流れる外気の気流によって負圧が生じるナセル側面位置に側面吸気口34を増設している。なお、この側面吸気口34は、ナセル3の左右両側面に増設されている。
排気口32は、ナセル3の後端面上部に配置されている排気用の開口部である。この排気口32は、たとえばナセル3の上端面中央付近等に設置した換気ファンの出口と、換気ファン出口から後方へ延びるダクトを介して連結されている。
また、増設する側面吸気口34は、吸気口31に近いナセル側面3aの下部に、すなわち、図1及び図2に示すように、吸気口31から流入した外気がナセル内部を循環しないで流出するように、吸気口31と略同一レベルの後方位置に配置することが望ましい。
この結果、ナセル3には、吸気口31及び側面吸気口34から吸気された外気がナセル内部を循環し、ナセル内部を換気冷却した後に排気口32からナセル外へ排気される換気冷却流路が形成されている。従って、吸気口面積の増加に伴って、風力発電装置1の運転時にナセル3の内部へ導入できる外気量が増し、ナセル内部の温度上昇を軽減することができる。なお、側面吸気口34の設置位置は負圧領域となるが、換気ファンが運転されているため、側面吸気口34の周辺では、大きな負圧が形成されるナセル3の内部へ吸引される外気の流れが形成されることとなる。
この結果、寒冷地に設置した風力発電装置1では、運転停止時に低温の外気がナセル内部へ侵入することに起因した換気に時間を要するので、ナセル内部の温度低下を抑制することができる。特に、側面吸気口34を吸気口31に近いナセル側面3aの下部に増設しておけば、吸気口31から流入した外気は、ナセル3の内部を循環することなく略そのまま側面吸気口34からナセル外へ流出して排気されるため、ナセル内部の換気をより一層抑制することができる。
この実施形態では、上述した側面吸気口34のナセル後方位置であり、かつ、負圧が解消した非負圧領域となるナセル側面3aの位置に、側面後方吸気口35を増設している。この側面後方吸気口35には、側面吸気口34及び側面後方吸気口35の開閉状態を選択する切替手段として、たとえばスライド式のドア部材36を備えている。
このドア部材36は、側面吸気口34を開として側面後方吸気口35を閉とする第1の開閉状態と、側面吸気口34を閉として側面後方吸気口35を開とする第2の開閉状態との間をナセル3の前後方向にスライドし、いずれか一方が開となる開閉状態を選択できるようになっている。
側面後方吸気口35は、ナセル3の正面から流れてくる外気流がナセル前端面の影響を受けて流れ方向を変化させ、ナセル側面3aから剥離して圧力が低くなる負圧領域を過ぎて、圧力を回復した位置(非負圧領域)に設置されている。すなわち、図4(a)に示すように、側面後方吸気口35は、ナセル3の全長をLとすれば、ナセル形状に基づくシミュレーションの結果、概ね0.5L〜0.8Lの範囲に形成される。図示の設置例では、ナセル3の前端から側面後方吸気口35のナセル長さ方向中心軸までの長さをbとした場合、b=0.5L〜0.8Lとなるように配置されているが、側面後方吸気口35が全て0.5L〜0.8Lの範囲に設置されることが望ましい。
具体的に説明すると、外気温度が低い設置環境では、図4に示すように、ドア部材36をナセル後方側へスライドさせることで、側面吸気口34を開として側面後方吸気口35を閉とする第1の開閉状態を選択する。この状態では、側面後方吸気口35が閉じられているため、側面後方吸気口35が設けられていない上述した第1の実施形態と実質的に同様の構成になる。
この結果、寒冷地に設置した風力発電装置1では、運転停止時に低温の外気がナセル内部へ侵入して換気するための時間が長くなり、ナセル内部の温度低下を抑制することができる。
従って、風力発電装置1及び換気ファンが運転されている通常の運転状態では、吸気口31に加えて側面後方吸気口35も吸気口として機能するので、ナセル3の内部を換気冷却する空気量の増加により冷却効率が向上する。このような冷却効率の向上は、換気ファンの容量低減にも有効である。
このような配置の側面後方吸気口35Aは、たとえば図7に示すように、外気温が高い状況で側面吸気口34を閉にして側面後方吸気口35Aを開とすれば、ナセル内部において温度の高い後方上部の換気を効率よく行うことができる。なお、図6に示す状態は、上述した実施形態の図4と同様に、外気温が低い設置環境で風力発電装置1の運転を停止した場合を示している。
一方のドア部材37aは、側面吸気口34に取り付けられている。このドア部材37aは、ナセル3の前方側を支点にしてナセル後方側が外向きに開閉する前方支持揺動部材である。他方のドア部材37bは、側面後方吸気口35に取り付けられている。このドア部材37aは、ナセル3の後方側を支点にしてナセル前方側が外向きに開閉する後方支持揺動部材である。
また、たとえば図9に示すように、ドア部材37bを操作して側面後方吸気口35を開とすれば、外気の流れをすくい取るようにしてナセル3の内部へ取り込むことができる。すなわち、開状態としたドア部材37bは、ナセル側面3aに沿って流れる外気の流れをナセル3の内部へ向けて変化させるため、ナセル3の内部に外気を取り込む吸気の効率を増すことができる。
このような構成では、図示しないドア部材36等を操作して側面吸気口34を開とすれば、上述した第2変形例のドア部材37aと同様の作用により、前方フード部材38が負圧を増大させて排気の効率を増すことができる。
また、図示しないドア部材36等を操作して側面後方吸気口35を開とすれば、上述した第2変形例のドア部材37bと同様の作用により、後方フード部材39が外気の流れをすくい取るように取り込んで吸気の効率を増すことができる。
図11に示すガラリ40には、ナセル外部に面した外気の流入側と比較して、ナセル内部に面したナセル流出側の流路断面積が大きい外気流路41が形成されている。この外気流路41は、上下方向に所定のピッチで多数配置されている流路形成部材42の断面形状について、ナセル流出側の先端部を鋭角の三角形にして入口開口面積を拡大している。
また、図12に示すガラリ40Aは、図11に示したガラリ40の変形例である。この場合のガラリ40Aは、流路形成部材42Aが上下方向に所定のピッチで多数配置され、多数の外気流路41Aを形成している。流路形成部材42Aの断面形状は、ナセル流出側の先端部が曲面により絞った略三角形とされ、この絞りにより入口開口面積を拡大している。
このような構成とすれば、ガラリ40Bからナセル3の内部へ浸入しようとする雨水が下部壁面43の傾斜により雨樋44に集水される。この雨水は、雨樋44に導かれてナセル3の外部へ排水することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明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。
3 ナセル
3a ナセル側面
31 吸気口
32 排気口
33,40,40A,40B ガラリ
34 側面吸気口
35,35A 側面後方吸気口
36,36A ドア部材
37a,37b ドア部材
Claims (7)
- 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機構及び発電機構の機器類がナセルの内部に収納設置され、前記ナセルに設置した換気ファンを駆動することにより、ナセル前面に設けた吸気口から導入した外気をファン出口に連通する排気口から前記ナセルの外部へ排出して内部の換気冷却を行う風力発電装置であって、
ナセル外部を流れる気流により負圧を生じるナセル側面位置に側面吸気口を増設したことを特徴とする風力発電装置。 - 前記側面吸気口のナセル後方でかつ負圧が解消したナセル側面位置に側面後方吸気口を増設し、前記側面吸気口及び前記側面後方吸気口の開閉状態を選択する切替手段を設けたことを特徴とする請求項1に記載の風力発電装置。
- 前記側面後方吸気口がナセル側面の後方上部に位置し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。
- 前記切替手段は、前記側面吸気口に取り付けられ、ナセル前方側を支点にしてナセル後方側が外向きに開閉する前方支持揺動部材と、前記側面後方吸気口に取り付けられ、ナセル後方側を支点にしてナセル前方側が外向きに開閉する後方支持揺動部材とを備え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。
- 前記側面吸気口の外側に取り付けられ、ナセル前方側を閉じてナセル後方側を開口させた前方フード部材と、前記側面後方吸気口に外側に取り付けられ、ナセル前方側を開口させてナセル後方側を閉じた後方フード部材とを備え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。
- 前記吸気口は、流入側より流出側の入口開口面積を大きくした流路断面形状のガラリを備えていることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の風力発電装置。
- 前記流路断面形状は、軸中心線が流入側から流出側へ下がるように傾斜し、かつ、流路断面を形成する下部壁面に雨樋を備えていることを特徴とする請求項6に記載の風力発電装置。
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