JP2012013003A - 風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素でコンパクト、かつ安価な構成により、ナセルやタワーの内部に設置された発熱機器を良好に冷却するとともに、これらの機器類を腐食、汚損等から保護する。
【解決手段】本発明に係る風力発電装置１Ａは、風車翼９に外風を受けて回転するロータヘッド６が、ナセル５の内部に設置された発電機１１を駆動して発電する風力発電装置１Ａにおいて、ナセル５の内部に、外気が冷却空気として流通するナセル内部通気路１８を設け、このナセル内部通気路１８をナセル５の内部空間Ｓ１に対して隔離するとともに、この内部空間Ｓ１に設置される発熱機器（例えば発電機１１）を、ナセル内部通気路１８に隣接させて設けたことを特徴とする。具体的には、ナセル５を構成する壁体１７の少なくとも一部を、外壁１７ａと内壁１７ｂとを備えた二重壁構造とし、外壁１７ａと内壁１７ｂとの間の空間をナセル内部通気路１８とし、内壁１７ｂに発熱機器を隣接させて設けた。
【選択図】図２

Description

本発明は、運転時における機器の発熱を、外気の導入により冷却するようにした風力発電装置に関するものである。

標準的な風力発電装置は、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等して発電機を駆動し、発電を行う装置である。ロータヘッドは、地面等に立設されたタワーの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。

ナセルの内部には発電機を始めとする発熱機器が設置され、タワーの内部にもコンバータや変圧器といった発熱機器が設置される場合があり、安定した運転を継続するためには、これらの電気機器を適切に冷却する必要がある。

従来の単純な冷却構造としては、例えば特許文献１に開示されているように、ナセルの内部に換気ファンを設置し、外部の冷たい空気をナセル内部に強制的に導入して発熱機器の冷却を行うようにした風力発電装置がある。
また、例えば特許文献２に開示されているように、ナセルの内部に設置された発熱機器をカプセル状に被包し、ファンで上記カプセル内に冷却空気を通気する閉ループ通気路を構成し、この閉ループ通気路の途中に冷却器を介在させ、この冷却器を風車翼の風下側に設置することによって、外風により冷却器を空冷し、冷却器の内部を流れる冷却空気を熱交換させるようにした風力発電装置がある。

特開２０１０−００７６４９号公報 米国特許第７１６１２６０号明細書

しかしながら、特許文献１の風力発電装置の構成では、外気が換気ファンによってナセル内部に導入されるため、外気に含まれる水分や塩分、塵埃等の異物によってナセル内部の構造物や機器類の腐食、汚損等が生じやすく、機械的、電気的に好ましくなかった。これを改善するには、ナセルの外気導入口に異物除去用のフィルタを設ける必要があるが、フィルタの設置によって圧損が発生し、充分な量の外風を取り入れることができなくなってしまう。

また、特許文献２の風力発電装置の構成では、発熱機器がカプセル状に被包されているため、発熱機器が外気に触れないという点では好ましいが、ナセル内部の構造が複雑になることと、空冷式の冷却器がどうしても大型になるためにナセル全体が大型化してしまうという難点がある。その上、常に外気に晒される冷却器の腐食対策を充分に行わなければならず、これらの要因によって風力発電装置の建造コストが高額になるという問題があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、簡素でコンパクト、かつ安価な構成により、ナセルやタワーの内部に設置された発熱機器を良好に冷却するとともに、これらの機器類を腐食、汚損等から保護することのできる風力発電装置を提供することを目的とする。

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。
即ち、本発明に係る風力発電装置は、風車翼に外風を受けて回転するロータヘッドが、ナセルの内部に設置された発電機を駆動して発電する風力発電装置において、前記ナセルの内部に、外気が前記ナセルの内部空間に対して隔離されて流通するナセル内部通気路を設けたことを特徴とする。

このような風力発電装置によれば、ナセル内部通気路を流通する外気によって、ナセルの内部空間、ひいてはナセル内部に設置されている発熱機器等を冷却することができる。しかも、これによってナセルの内部空間を密閉することができるため、発熱機器を始めとするナセル内部機器を外気に触れさせないようにして、腐食、汚損等から保護することができる。

また、本発明に係る風力発電装置は、前記ナセル内部通気路が、その上流側よりも下流側の方が通路面積が狭くなるように形成されたことを特徴とする。これにより、ナセル内部通気路内を流れる冷却空気の流速を加速させて冷却効率を高めることができる。

さらに、本発明に係る風力発電装置は、前記ナセルを構成する壁体の少なくとも一部を、外壁と、この外壁の内側に間隔を介して設けられた内壁とを備えた二重壁構造とし、前記外壁と前記内壁との間の空間を前記ナセル内部通気路としたことを特徴とする。
上記構成によれば、ナセル内部通気路の表面積を大きくできるため、冷却効率を向上させることができる。また、外壁と内壁との間隔は狭くした方が内部を通る冷却空気の流速が速まって冷却効率が高くなる。したがって、ナセルを構成する壁体を二重壁構造としても、壁体が厚くなりにくく、ナセルをコンパクトに形成することができる。

そして、本発明に係る風力発電装置は、前記ナセルの内部に少なくとも１本の筒状の外気流通通路を配設し、この外気流通通路の内部を前記ナセル内部通気路としたことを特徴とする。こうすれば、比較的容易にナセルの内部にナセル内部通気路を配設することができる。また、既存の風力発電装置に後からナセル内部通気路を追加設置することもできる。

また、本発明に係る風力発電装置は、前記ナセルの内部空間に設置される発熱機器を、前記ナセル内部通気路に隣接させて設けたことを特徴とする。こうすれば、簡素な構成により、ナセル内部通気路を流れる外気によって発熱機器を効果的に冷却することができる。

さらに、本発明に係る風力発電装置は、前記ナセルの内部空間の熱を、前記ナセル内部通気路側に熱移送する熱移送手段を設けたことを特徴とする。これにより、ナセル内部に設置された発熱機器の熱をナセル内部通気路側に積極的に移送し、より効率良く発熱機器を冷却することができる。

そして、本発明に係る風力発電装置は、前記ナセル内部通気路に凹凸形状を設けたことを特徴とする。これにより、ナセル内部通気路の表面積を大きくして冷却効率を向上させることができる。凹凸形状としては、ナセル内部通気路を構成する壁を波板状にしたり、この壁にフィンを突設したりすることが考えられる。

また、本発明に係る風力発電装置は、前記ナセル内部通気路を通過した冷却空気を、前記ロータヘッドの内部に設置された発熱機器の周囲を通過させて最終的に前記風車翼の内部を通して外部に排出させる風車内部通気路を設けたことを特徴とする。

上記構成によれば、風車翼が回転することによって発生する負圧により、ナセル内部通気路および風車内部通気路を流れる冷却空気が吸引されて外部に排出されるため、冷却空気の流速を速めて冷却効率を向上させることができる。しかも、ロータヘッド内部に配設された発熱機器を密封構造としながら冷却することができ、この発熱機器を外気に触れさせないようにして、腐食、汚損等から保護することができる。

また、本発明に係る風力発電装置は、前記風車内部通気路の外部への排気口を、前記風車翼の、風向きに対して風下側に形成したことを特徴とする。こうすることにより、排気口に高い負圧が作用するため、ナセル内部通気路、風車内部通気路、タワー内部通気路等を流れる冷却空気の流速を速めるとともに流量を増大させ、冷却効率を高めることができる。

さらに、本発明に係る風力発電装置は、前記排気口を、前記風車翼の根本付近に形成したことを特徴とする。これにより、風車翼の内部における風車内部通気路の全長を短くして圧力損失を回避し、冷却空気の流速および流量を大きくして、冷却効率を高めることができる。

そして、本発明に係る風力発電装置は、前記ナセルが上端部に設置されるタワーの内部に、外気が冷却空気として流通するタワー内部通気路を設け、このタワー内部通気路を前記タワーの内部空間に対して隔離するとともに、前記タワーの内部空間に設置される発熱機器を、前記タワー内部通気路に隣接させて設け、このタワー内部通気路を前記ナセル内部通気路に連通させたことを特徴とする。

上記構成によれば、タワー内部に配設された発熱機器を効果的に冷却できる上に、タワーの内部空間を密閉することができるため、発熱機器を始めとするタワー内部機器を外気に触れさせないようにして、腐食、汚損等から保護することができる。

以上のように、本発明に係る風力発電装置によれば、簡素でコンパクト、かつ安価な構成により、ナセルやタワーの内部に設置された発熱機器を良好に冷却するとともに、これらの機器類および他の内部構造物を腐食、汚損等から保護することができる。

本発明の各実施形態を適用可能な風力発電装置の一例を示す側面図である。 本発明の第１実施形態に係る風力発電装置の概略的な縦断面図である。 本発明の第２実施形態に係る風力発電装置の概略的な縦断面図である。 本発明の第３実施形態に係る風力発電装置の概略的な縦断面図である。 図４のV-V線に沿う縦断面図であり、（ａ）は内壁を波板で形成した例を示し、（ｂ）は内壁の外面にリブを突設した例を示す図である。 本発明の第４実施形態に係る風力発電装置の概略的な縦断面図である。 図６のVII-VII線に沿う縦断面図であり、（ａ）は丸断面パイプを用いて外気流通通路を配設した例を示し、（ｂ）は扁平角断面パイプを用いて外気流通通路を配設した例を示し、（ｃ）は発熱機器の周囲を全周に亘って外気流通通路で囲んだ例を示す図である。 本発明の第５実施形態に係る風力発電装置の概略的な縦断面図である。 本発明の第６実施形態に係る風車翼の概略的な縦断面図である。 本発明の第７実施形態に係る風車翼の概略的な縦断面図である。

以下、本発明に係る風力発電装置の実施形態について図面に基づいて説明する。
図１は、後に説明する各実施形態における冷却構造Ａ〜Ｇを適用可能な風力発電装置の一例を示す側面図である。この風力発電装置１は、地表面２に設置された鉄筋コンクリート製の基礎３上に立設されるタワー４と、このタワー４の上端部に設置されるナセル５と、略水平な横方向の回転軸線周りに回転可能に支持されてナセル５の前端部側に設けられるロータヘッド６とを有している。本例では、ロータヘッド６がナセル５の前端部側に設けられる所謂アップウィンド型の風車について説明するが、ロータヘッド６がナセル５の後端部側に設けられるダウンウィンド型の風車にも適用できることは、当業者には明らかであろう。

タワー４は、鋼管製のモノポール式であり、その横断面形状が略円形である。タワー４の下端部には例えば鋼板製のベースプレート７が固定され、このベースプレート７が多数のアンカーボルト８で基礎３に締結固定されている。ロータヘッド６には、放射方向に延びる複数枚（例えば３枚）の風車翼９が取り付けられており、ナセル５の内部には発電機１１が収容設置され、ロータヘッド４の回転軸１２が発電機１１の主軸に増速機１３（図２参照）を介して連結されている。このため、風車翼９に当たった外風の風力が、ロータヘッド６と回転軸１２を回転させる回転力に変換され、発電機１１が駆動されて発電が行われる。

ナセル５は、風車翼９と共に、タワー４の上端において水平方向に旋回することができ、図示しない駆動装置と制御装置により、常に風上方向に指向して効率良く発電できるように制御される。ナセル５の内部空間Ｓ１内には、発電機１１を始めとし、図示しない主軸受や増速機１３（図２参照）等、各種の発熱機器が設置されている。また、ロータヘッド４の内部には、風車翼９のピッチ角を風量に見合う最適な角度に調整するための、油圧や電動の公知のピッチ駆動装置１４（図２参照）が設けられている。このピッチ駆動装置１４も、その作動時に発熱する発熱機器である。さらに、タワー４の内部空間Ｓ２内にも各種の電気機器１５が設置されている。これらの電気機器１５としては、コンバータや変圧器といった発熱性のあるものが例示される。

ナセル５の内部空間Ｓ１およびタワー４の内部空間Ｓ２は密室状であるため、以下に述べる各実施形態における冷却構造Ａ〜Ｇにより、内部空間Ｓ１，Ｓ２およびロータヘッド４内に設置された発熱機器１１，１４，１５の熱を冷却するようになっている。

（第１実施形態）
図２は、本発明の第１実施形態に係る風力発電装置１Ａの概略的な縦断面図である。この風力発電装置１Ａは冷却構造Ａを備えている。この冷却構造Ａにおいて、ナセル５を構成する壁体１７は、外壁１７ａと、この外壁１７ａの内側に間隔を介して設けられた内壁１７ｂとを備えた二重壁構造となっており、外壁１７ａと内壁１７ｂとの間の空間がナセル内部通気路１８となっている。このナセル内部通気路１８には外気が冷却空気として流通する。なお、ここでは壁体１７が全面的に二重壁構造となっているが、一部だけを二重構造にしてもよい。

ナセル内部通気路１８は、ナセル５の内部空間Ｓ１に対して完全に隔離されており、内部空間Ｓ１に設置される発熱機器である発電機１１がナセル内部通気路１８に隣接させて設けられている。具体的には、発電機１１が、ナセル内部通気路１８を構成している内壁１７ｂの底面と後面に密着するように設けられている。

ナセル内部通気路１８は、ナセル５の前方から吹き付ける外風を導入する外風導入口２１を有している。この外風導入口２１は、例えばナセル５の前面の、ロータヘッド６の直下と、場合によってはロータヘッド６の左右側方の位置において、前方に向かって開くように設けられている。この外風導入口２１の開口面積は、ナセル内部通気路１８の縦断面積よりも大きく設定されており、側面視でナセル内部通気路１８は外風導入口２１から下流側に進むにしたがって次第に通路面積が狭くなっている。

一方、ロータヘッド４の内部から風車翼９の内部にかけて風車内部通気路２３が設けられている。この風車内部通気路２３は、ナセル５の前面に開設された連通口２４を介してナセル内部通気路１８に連通している。ロータヘッド４の内部に設けられたピッチ駆動装置１４はロータハブによって外部に対し密封されており、その周囲が風車内部通気路２３に囲まれている。そして、風車翼９の先端付近に、風車内部通気路２３を外部に連通させる排気口２５が設けられている。

以上のように構成された冷却構造Ａは、次のように作用する。
風力発電装置１Ａに外風が吹き付けた場合、この外風の風向が検知されてナセル５がその前面を風上に向けるように自動制御される。このため、ナセル５の前面に開口している外風導入口２１からナセル内部通気路１８の内部に矢印で示すように外風が冷却空気として導入される。この冷却空気はナセル内部通気路１８内を流通する際に、内壁１７ｂに密着して設けられた発熱機器である発電機１１と、内部空間Ｓ１の空気を冷却する。このようにナセル内部通気路１８内を通過した冷却空気は、連通口２４を経て風車内部通気路２３に流れ、ピッチ駆動装置１４の周囲を通過して同じく発熱機器であるピッチ駆動装置１４を冷却し、最終的に風車翼９の内部を通って排気口２５から外部に排出される。

この冷却構造Ａによれば、ナセル５の内部空間Ｓ１に対し隔離させて設けたナセル内部通気路１８に発電機１１を隣接させて設けるという簡素な構成により、ナセル内部通気路１８を流れる外気によって発電機１１を効果的に冷却することができる。しかも、ナセル内部通気路１８を流れる外気がナセル５の内部空間Ｓ１に対し隔離されて流通するため、ナセル５の内部空間Ｓ１を密閉空間とすることができる。このため、発電機１１を始めとするナセル５の内部機器を外気に触れさせないようにして、腐食、汚損等から確実に保護することができる。

また、ナセル５を構成する壁体１７を、外壁１７ａと、この外壁１７ａの内側に間隔を介して設けられた内壁１７ｂとからなる二重壁構造とし、外壁１７ａと内壁１７ｂとの間の空間をナセル内部通気路１８としたため、ナセル内部通気路１８の表面積（伝熱面）を大きくして冷却効率を向上させることができる。外壁１７ａと内壁１７ｂとの間隔は、狭くした方が内部を通る冷却空気の流速が速まって冷却効率が高くなる。したがって、壁体１７を二重壁構造としても、壁体１７が厚くなりにくく、ナセル５をコンパクトに形成することができる。なお、ナセル５を部分的に二重壁構造にした場合には、よりコンパクトに形成することができる。

さらに、ロータヘッド６の内部から風車翼９の内部にかけて風車内部通気路２３を設け、ロータヘッド６の内部に設けられたピッチ駆動装置１４を外部に対して密封した状態で風車内部通気路２３を流れる冷却空気によって冷却するようにしたため、ピッチ駆動装置１４を外気に触れさせないようにしながら冷却し、腐食、汚損等から保護することができる。

ナセル内部通気路１８は、外風導入口２１から下流側に進むにしたがって次第に通路面積が狭くなっているため、外風導入口２１からナセル内部通気路１８内に取り込まれた外気は一気に流速が加速し、これによってナセル内部通気路１８および風車内部通気路２３を流れる冷却空気全体の流速を速めることができる。また、風車翼９の回転によって排気口２５に負圧が作用するため、ナセル内部通気路１８および風車内部通気路２３を流れる冷却空気が排気口２５から吸引され、この点でも冷却空気の流速を速めることができる。そして、このように冷却空気の流速を速めることにより、ナセル内部通気路１８および風車内部通気路２３に隣接して設けられた発電機１１やピッチ駆動装置１４等の発熱機器の冷却効率を高めることができる。

なお、場合によっては、ナセル５の内部空間Ｓ１内に循環ファン２７等の送風機器を設置し、内部空間Ｓ１内の空気を循環させることにより、発電機１１等の局部的な高温化を防止するとともに、生じた熱を内壁１７ｂに広く伝達して熱交換率を高め、冷却性能を向上させることができる。同じく、ナセル内部通気路１８の内部に送気ファン２８等を設置し、ナセル内部通気路１８および風車内部通気路２３内における冷却空気の流速を一段と高めて冷却効率を向上させることもできる。

（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係る風力発電装置１Ｂの概略的な縦断面図である。この風力発電装置１Ｂは冷却構造Ｂを備えている。この冷却構造Ｂにおいて、前述の第１実施形態における冷却構造Ａと異なる点は、ナセル内部通気路１８を構成している内壁１７ｂに、ナセル５の内部空間Ｓ１の熱をナセル内部通気路１８側に熱移送する熱移送手段が設けられている点と、ピッチ駆動装置１４の発する熱を風車内部通気路２３側に熱移送する熱移送手段が設けられている点のみであり、他の部分は同一の構成である。上記の熱移送手段としては、例えばヒートパイプ３１，３２が用いられている。

ヒートパイプ３１，３２は、例えば銅のパイプの内部に代替フロン等の作動液が封入された公知の構造のものである。ナセル５の内部空間Ｓ１に設置されているヒートパイプ３１は、発電機１１等の発熱機器に接触するように設けてもよい。また、このヒートパイプ３１の設置位置は、発熱機器の近傍のみならず、ナセル内部通気路１８を構成する内壁１７ｂに全面的に設けてもよい。また、ピッチ駆動装置１４に設けられているヒートパイプ３２は、ピッチ駆動装置１４のケーシングを貫通するように配設されている。

この冷却構造Ｂにおいて、ナセル５の前面に開口する外風導入口２１から冷却空気として導入された外風は、第１実施形態における冷却構造Ａと同様に、ナセル内部通気路１８と風車内部通気路２３を通って、発電機１１やピッチ駆動装置１４等の発熱機器が発する熱を冷却した後、排気口２５から外部に排出される。その際、ヒートパイプ３１，３２の熱移送作用により、発電機１１やピッチ駆動装置１４等の発熱機器が発する熱がナセル内部通気路１８および風車内部通気路２３側に効率良く移送されるため、熱を積極的に冷却空気側に放熱させて、より効率良く発熱機器を冷却することができる。

（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態に係る風力発電装置１Ｃの概略的な縦断面図である。この風力発電装置１Ｃは冷却構造Ｃを備えている。この冷却構造Ｃにおいて、第１実施形態の冷却構造Ａと異なる点は、ナセル内部通気路１８を構成する内壁１７ｂに凹凸形状３５が設けられている点のみであり、他の部分は冷却構造Ａと同様な構成である。凹凸形状３５の形成例としては、図５（ａ）にも示すように、内壁１７ｂを波板で形成したり、図５（ｂ）に示すように、内壁１７ｂの外面に複数のリブ１７ｃを突設したりすることが考えられる。

なお、図４では波板による凹凸形状３５の溝の長手方向がナセル５の幅方向（紙面に対して垂直な方向）に沿っているが、実際には外風導入口２１からナセル内部通気路１８内に取り入れられた外風の流れる方向に沿って凹凸形状３５の溝を形成するのが好ましい。また、図５（ｂ）に示すリブ１７ｃの場合も、リブ１７ｃの長手方向を外風の流れる方向に沿わせた方がよい。さらに、発電機１１やピッチ駆動装置１４等の発熱機器のケーシング自体に凹凸形状３５を設けてもよい。

この冷却構造Ｃのように、ナセル内部通気路１８を構成する内壁１７ｂに凹凸形状３５が設けることにより、内壁１７ｂの内外面の表面積を大きくして、発電機１１等の発熱機器から発せられる熱、およびこの熱によって上昇する内部空間Ｓ１内の温度を内壁１７ｂに効率良く受熱させ、この熱を、ナセル内部通気路１８を流れる冷却空気に放熱させて、内部空間Ｓ１の冷却効率を向上させることができる。もちろん、発熱機器１１，１４等のケーシング自体に凹凸形状を設ければ、より効果的に放熱させることができる。冷却に供された冷却空気は、風車内部通気路２３を経て排気口２５から外部に排出される。

（第４実施形態）
図６は、本発明の第４実施形態に係る風力発電装置１Ｄの概略的な縦断面図であり、図７（ａ）〜（ｃ）は図６のVII-VII線に沿う縦断面図である。この風力発電装置１Ｄは冷却構造Ｄを備えている。この冷却構造Ｄにおいて、第１実施形態の冷却構造Ａと異なる点は、ナセル５を構成する壁体１７が二重壁構造になっていない点と、このナセル５の内部に複数の筒状の外気流通通路３８が例えばケージ状に配設され、これらの外気流通通路３８の内部がナセル内部通気路１８とされている点である。

外気流通通路３８は、例えばナセル５の壁体１７の上下左右の面においては前後方向に延びるように配設され、壁体１７の後面においては上下方向に延びるように配設されているが、この配設方向には限定されない。また、各外気流通通路３８の間隔は密に並べられているが、適宜間隔を空けて配設してもよい。なお、各外気流通通路３８の開口部３９は、第１実施形態の冷却構造Ａにおける外風導入口２１の位置と同様に、ナセル５の前面の、ロータヘッド６の直下や、ロータヘッド６の左右側方の位置において、前方に向かって開くように設けられている。

そして、ナセル５の内部に設置された発電機１１等の発熱機器が、外気流通通路３８、即ちナセル内部通気路１８に隣接するように配設されている。この実施形態では、発電機１１の底面、左右側面、および後面にナセル内部通気路１８が隣接している。各ナセル内部通気路１８の末端部は、第１実施形態における冷却構造Ａと同様に、ロータヘッド６の内部から風車翼９の内部にかけて形成された風車内部通気路２３に連通口２４を経て連通している。

なお、各外気流通通路３８の開口部３９の開口面積を、外気流通通路３８の中間部の縦断面積よりも大きく設定し、開口部３９から下流側に進むにしたがって次第に通路面積が狭くなるようなファンネル管状に構成すれば、外気流通通路３８の内部（ナセル内部通気路１８）を流れる冷却空気の流速を加速させて冷却効率の向上を図ることができる。また、各外気流通通路３８の開口部３９を一つにまとめて、ここから下流側に向かって複数の外気流通通路３８が分岐するようにしてもよい。

この冷却構造Ｄにおいては、ナセル５の前面に吹き付ける外風の一部が、各外気流通通路３８の開口部３９からナセル内部通気路１８に流入してナセル５の内部空間Ｓ１の周囲を通りながら、ナセル内部通気路１８に隣接している発電機１１等の発熱機器を冷却し、次に連通口２４を経て風車内部通気路２３に流入し、ピッチ駆動装置１４を冷却した後に、風車翼９先端の排気口２５から外部に排出される。

この冷却構造Ｄの構成によれば、比較的容易にナセル５の内部にナセル内部通気路１８を配設し、場合によっては風車内部通気路２３も併設して、発電機１１やピッチ駆動装置１４等の発熱機器の熱を冷却することができる。そして、ナセル５の内部空間Ｓ１全体とピッチ駆動装置１４等の発熱機器を外部に対して密閉された構造とし、発電機１１やピッチ駆動装置１４等の機器類を腐食、汚損等から保護することができる。さらに、ナセル内部通気路１８を備えていない既存の風力発電装置に後からナセル内部通気路１８を比較的容易に追加設置することもできる。

なお、図７（ｂ）に示すように、外気流通通路３８のパイプ断面形状を角型や扁平型にすることにより、発電機１１等の発熱機器やナセル５の壁体１７に対して広い面積で外気流通通路３８を接触させ、冷却効率を高めることができる。また、場合によっては図７（ｃ）に示すように、発電機１１等の発熱機器を被包するように外気流通通路３８（ナセル内部通気路１８）を設けて、より確実に発熱機器を冷却するようにしてもよい。

（第５実施形態）
図８は、本発明の第５実施形態に係る風力発電装置１Ｅの概略的な縦断面図である。この風力発電装置１Ｅは冷却構造Ｅを備えている。この風力発電装置１Ｅ（冷却構造Ｅ）において、タワー４を構成する壁体４１は、外壁４１ａと、この外壁４１ａの内側に間隔を介して設けられた内壁４１ｂとを備えた二重壁構造となっており、内壁４１ｂの内側が内側空間Ｓ２とされ、外壁４１ａと内壁４１ｂとの間の空間がタワー内部通気路４２とされている。タワー内部通気路４２は内部空間Ｓ２に対して隔離されており、内部空間Ｓ２に設置されているコンバータ１５ａや変圧器１５ｂといった発熱性のある電気機器がタワー内部通気路４２（内壁４１ｂ）に隣接している。なお、ここでは壁体４１が全面的に二重壁構造となっているが、一部だけを二重構造にしてタワー内部通気路４２を部分的に設け、これにコンバータ１５ａ、変圧器１５ｂを隣接させてもよい。

そして、例えば地表面２に近い外壁４１ａの周面に１箇所、あるいは複数箇所の外風導入口４３が設けられ、ここからタワー内部通気路４２内に外気が冷却空気として導入されるようになっている。一方、ナセル５の内部には、先の実施形態１，２の冷却構造Ａ，Ｂと同様なナセル内部通気路１８が形成されている。しかし、このナセル内部通気路１８には冷却構造Ａ，Ｂのような外風導入口２１が設けられておらず、ナセル内部通気路１８は連通部４４を介してタワー内部通気路４２に連通している。なお、ナセル内部通気路１８が連通口２４を介して風車内部通気路２３に連通している構成は冷却構造Ａ，Ｂと同様である。

以上のように構成された冷却構造Ｅは、次のように作用する。
風力発電装置１Ｅに外風が吹き付けた場合、この外風が矢印で示すように外風導入口４３からタワー内部通気路４２内に冷却空気として導入され、タワー内部通気路４２内を流通する際に、内壁４１ｂに密着してタワー内部通気路４２に隣接している発熱性のあるコンバータ１５ａ、変圧器１５ｂ、および内部空間Ｓ２の空気を冷却する。その後、冷却空気はタワー内部通気路４２内を上昇し、連通部４４を経てナセル内部通気路１８に流入し、以後は冷却構造Ａ，Ｂと同様に、ナセル５の内壁１７ｂに密着して設けられた発熱機器である発電機１１を冷却し、次に連通口２４を経て風車内部通気路２３に流れてピッチ駆動装置１４を冷却し、最後に風車翼９の内部を通って排気口２５から外部に排出される。

なお、場合によっては、タワー内部通気路４２内に循環ファン４７を設置し、タワー内部通気路４２内を流れる冷却空気を積極的にナセル内部通気路１８側に送り、ナセル内部通気路１８内に設けられた送気ファン２８と共働させて冷却空気量を増やし、冷却性能を向上させることができる。

この冷却構造Ｅによれば、ナセル５内に設けられた発熱機器（発電機１１）のみならず、タワー４内に設けられた発熱機器（コンバータ１５ａ、変圧器１５ｂ）も効果的に冷却することができ、しかもタワー４の内部空間Ｓ２を密閉することができるため、コンバータ１５ａ、変圧器１５ｂを始めとするタワー内部機器を外気に触れさせないようにして、腐食、汚損等から保護することができる。

（第６実施形態）
図９は、本発明の第６実施形態に係る風車翼９の概略的な縦断面図である。この風車翼９は、第１〜第５実施形態の風力発電装置１Ａ〜１Ｅに適用することができ、冷却構造Ｆを備えている。この冷却構造Ｆでは、風車翼９の内部に形成された風車内部通気路２３の排気口が、風車翼９の、風向きに対して風下側に形成されている。つまり、例えば風車翼９の後縁位置に排気口２５ａを設ける、あるいは側面位置に排気口２５ｂを設ける。要するに、風車翼９に当たる風によって負圧が作用する場所に排気口２５ａ，ｂを設けるのが好ましい。

この冷却構造Ｆによれば、風車内部通気路２３の排気口２５ａ，２５ｂに高い負圧が作用するため、ナセル内部通気路１８、風車内部通気路２３、タワー内部通気路４２等を流れる冷却空気の流速を速めるとともに流量を増大させ、冷却効率を高めることができる。

（第７実施形態）
図１０は、本発明の第７実施形態に係る風車翼９の概略的な縦断面図である。この風車翼９は、第１〜第５実施形態の風力発電装置１Ａ〜１Ｅに適用することができ、冷却構造Ｇを備えている。この冷却構造Ｇでは、風車翼９の内部に形成された風車内部通気路２３の排気口２５ｃが、風車翼９の根本付近に形成されている。具体的には、風車翼９の根本から遠くとも０．５ｍ位の範囲に排気口２５ｃを形成する。しかし極端に根元に近づけて排気口２５ｃを設けるのは風車翼９の強度上、好ましくない。なお、ここでも排気口２５ｃは風向きに対して風下側に形成するのが望ましい。また、風車翼９の後縁位置に排気口２５ｃを設ける代わりに、風車翼９の側面位置に排気口２５ｄを設けてもよい。

この冷却構造Ｇによれば、風車翼９の内部における風車内部通気路２３の全長を短くして圧力損失を回避し、冷却空気の流速および流量を大きくして冷却効率を高めることができる。

なお、本発明は、上述した第１〜第７の実施形態の態様のみに限定されないことは言うまでもない。例えば、第１〜第７の実施形態の構成を適宜組み合わせるといった変更を加えることが考えられる。

１，１Ａ〜１Ｅ 風力発電装置
４ タワー
５ ナセル
６ ロータヘッド
９ 風車翼
１１ 発電機（ナセル内部の発熱機器）
１４ ピッチ駆動装置（ロータヘッド内部の発熱機器）
１５ａ コンバータ（タワー内部の発熱機器）
１５ｂ 変圧器（タワー内部の発熱機器）
１７ 壁体
１７ａ 外壁
１７ｂ 内壁
１８ ナセル内部通気路
２１ 外風導入口
２３ 風車内部通気路
２５ 排気口
３１，３２ ヒートパイプ（熱移送手段）
３５ 凹凸形状
３８ 外気流通通路
４２ タワー内部通気路
Ａ〜Ｇ 冷却構造
Ｓ１ ナセルの内部空間
Ｓ２ タワーの内部空間

Claims (11)

1. 風車翼に外風を受けて回転するロータヘッドが、ナセルの内部に設置された発電機を駆動して発電する風力発電装置において、
   前記ナセルの内部に、外気が前記ナセルの内部空間に対して隔離されて流通するナセル内部通気路を設けたことを特徴とする風力発電装置。
2. 前記ナセル内部通気路は、その上流側よりも下流側の方が通路面積が狭くなるように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
3. 前記ナセルを構成する壁体の少なくとも一部を、外壁と、この外壁の内側に間隔を介して設けられた内壁とを備えた二重壁構造とし、前記外壁と前記内壁との間の空間を前記ナセル内部通気路としたことを特徴とする請求項１または２に記載の風力発電装置。
4. 前記ナセルの内部に少なくとも１本の筒状の外気流通通路を配設し、この外気流通通路の内部を前記ナセル内部通気路としたことを特徴とする請求項１または２に記載の風力発電装置。
5. 前記ナセルの内部空間に設置される発熱機器を、前記ナセル内部通気路に隣接させて設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の風力発電装置。
6. 前記ナセルの内部空間の熱を、前記ナセル内部通気路側に熱移送する熱移送手段を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の風力発電装置。
7. 前記ナセル内部通気路に凹凸形状を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の風力発電装置。
8. 前記ナセル内部通気路を通過した冷却空気を、前記ロータヘッドの内部に設置された発熱機器の周囲を通過させて最終的に前記風車翼の内部を通して外部に排出させる風車内部通気路を設けたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の風力発電装置。
9. 前記風車内部通気路の外部への排気口を、前記風車翼の、風向きに対して風下側に形成したことを特徴とする請求項８に記載の風力発電装置。
10. 前記排気口を、前記風車翼の根本付近に形成したことを特徴とする請求項８または９に記載の風力発電装置。
11. 前記ナセルが上端部に設置されるタワーの内部に、外気が冷却空気として流通するタワー内部通気路を設け、このタワー内部通気路を前記タワーの内部空間に対して隔離するとともに、前記タワーの内部空間に設置される発熱機器を、前記タワー内部通気路に隣接させて設け、このタワー内部通気路を前記ナセル内部通気路に連通させたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の風力発電装置。

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