JP5002309B2 - 水平軸風車 - Google Patents

Description

本発明は、水平軸風車に係り、特に、ナセルの排気口に関する。

周知のように、いわゆる水平軸風車が風力発電装置として広く利用されている。一般的な水平軸風車は、ブレードがハブから放射状に取付けられてなるロータと、ハブに接続され略水平方向に延在する主軸を介してこのロータを軸支するナセルと、略鉛直方向に設置されるとともにナセルをヨー回転自在に支持するタワーとを有して構成される。

ナセル内には、主軸に連結された増速機、発電機などの冷却を要する発熱機器が収納されている。そのため、ナセルに吸気口及び排気口を設け、これらの機器を空冷する構造をとることが行われる。その場合、ナセル内で発熱機器から吸熱した空気を排気口に案内し、ナセル外部に排出するか、あるいは、ラジエータをナセル上方に設置する方法が採られていた。

特許文献１〜３には、空冷構造を持つ水平軸風車が開示されている。
特許文献１には、ナセルの底面に吸気口、ナセルの前面端部に外側に向かってV字状を形成する排気口を設けた水平軸風車が開示されている。
特許文献２にはタワーに吸気口、発電機の前方（ブレード側）に隙間を設け、発電機を冷却する水平軸風車が開示されている。
一方、特許文献３には、ブレード後方のフレームの外側にフィンを設けた水平軸風車が開示されている。

以上の文献のほか、従来の水平軸風車においては、ナセルの後端や側面を開口して排気口とした構造が見られる。
特開昭５８−６５９７７号公報 特表２００１−５２６３５７号公報 特開２００２−１３４６７号公報

特許文献１〜３記載のものを含め従来の水平軸風車では、吸気口はもとより、排気口の位置がナセルに対して所定の位置に固定されている。
通常の水平軸風車は、ヨー制御を行い、風上を向くように制御しているが、ヨー制御で追従できない風向の急変時や、停電やヨーシステムの故障時を考慮し、全方位からの暴風を考慮して設計する必要がある。
全方位からの暴風を考慮したとき、従来のナセルに対して位置が固定された排気口では、排気口に暴風を受ける場合があり、その場合に排気口内部、ひいてはナセル内部の圧力が上昇し、排気路やその周囲の構造、ナセル内部の機器類等を破損させたり変形させたりするおそれがある。従来の水平軸風車は、これに耐えるように設計されるため、高い強度が要求されてコスト増の要因となっている。

本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、ナセル内の空気を排出する排気口が設けられる水平軸風車において、ナセルに対し全方位から暴風を受けても、前記排気口を暴風から背けることができる水平軸風車を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、ハブとこれに取付けられたブレードとを有するロータと、
前記ハブに接続された主軸を介して前記ロータを軸支し、上面に内部の空気を排出する開口が設けられたナセルと、
前記ナセルをヨー回転自在に支持するタワーと、
前記ナセルにヨー回転自在に取り付けられる回転ダクトとを備え、
前記回転ダクトは、
前記開口に接続される導入口と、
風の状態に合わせてヨー回転制御される前記ナセルの向きに関わらず、風向きの変化に合わせて風下側を向く排気口とを有する水平軸風車である。

請求項２記載の発明は、前記回転ダクトは、受ける風に対して方向を安定させるための尾翼を有する請求項１に記載の水平軸風車である。

請求項３記載の発明は、前記ナセルに対する前記回転ダクトのヨー回転を支持する軸受が、前記開口の周部及び前記導入口の周部に連結され、排気路が当該軸受内を通して接続されてなる請求項１又は請求項２に記載の水平軸風車である。

請求項４記載の発明は、前記ナセル内に、前記ナセル内の発熱部との前記開口との間を繋ぐ内部ダクトが設けられてなる請求項１から請求項３のうちいずれか一に記載の水平軸風車である。

本発明によれば、ナセルに対するヨー回転により向きを変える位置に排気口が設けられた回転ダクトがナセルに接続されることにより、ナセル内の空気を排出する排気口はナセルに対して全方位に向きを変えることができる。
したがって、風力等により、排気口を風下側に向けるように回転ダクトをヨー回転させることによって、ナセルに対し全方位から暴風を受けても、排気口を暴風から背けることができるという効果がある。

以下に本発明の一実施の形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る水平軸風車の側面図(a)及び平面図(b)である。図２は、ナセルの概要を示した斜視図である。図３は、回転ダクトの斜視図(a)及び平面図(b)である。

図１に示すように、本実施形態の水平軸風車は、従来の水平軸風車と同様に、ハブ２ａにブレード２ｂが取付けられてなるロータ２と、ハブ２ａに接続され略水平方向に延在する主軸（図示せず）を介してこのロータ２を軸支するナセル１と、略鉛直方向に設置されるとともにナセル１をヨー回転自在に支持するタワー３とを有して構成される。
本実施形態の水平軸風車は、風力発電装置として構成されている。

さらに本実施形態の水平軸風車は、以下のような構成を有する。
図１(b)に示すように、ナセル１の上面には開口１ａが設けられている。図３に示す下面に導入口４ｃが設けられた回転ダクト４がナセル１に取付けられる。回転ダクト４には、導入口４ｃのほか、導入口４ｃに連通する排気口４ａと、尾翼４ｂが設けられている。
開口１ａに導入口４ｃが合わされるようにして両者が接続されており、ナセル１内と回転ダクト４内とが連通する。

回転ダクト４は、図３(b)に示す軸受１０を介してナセル１にヨー回転自在に取付けられる。すなわち、軸受１０はナセル１に対する回転ダクト４のヨー回転を支持する。軸受１０は、開口１ａの周部及び導入口４ｃの周部に連結され、ナセル１から回転ダクト４への排気路が当該軸受１０内を通して接続される。

図２に示すように、ナセル１内にはロータ２によって駆動される発電機１１が配置されている。また、ナセル１内には内部ダクト１２が配置されている。内部ダクト１２の一端は開口１ａに接続されている。内部ダクト１２の他端は発電機１１に接続されている。

ナセル１への吸気口は図示しないが、ナセル１の下部や前端部、タワー３の周部などの適当な箇所に設けられる。吸気口がタワー３に設けられる場合は、タワー３内に吸い込まれた空気がタワー３内を上昇し、ナセル１内へ侵入する。
直接又はタワー３等を介してナセル１内に侵入した空気は、発電機１１の発熱部を通過し、その発熱部から熱を吸収して暖められ、内部ダクト１２、さらに回転ダクト４を通過して回転ダクト４の排気口４ａから排出される。

以上のように吸排気構造が構成されている。さらに回転ダクト４に関し説明する。
本実施形態においては、図１(a)に示すように、ナセル１に対する回転ダクト４のヨー回転軸７は、タワー３に対するナセル１のヨー回転軸６に対し、ロータ２の反対側に偏在している。

回転ダクト４はヨー回転軸７から半径方向の一方向に長く形成されており、ヨー回転軸７から離れて長く形成された端部の端面に排気口４ａが設けられている。排気口４ａは、ヨー回転軸７に背く方向に開口する。排気口４ａは、水平方向よりやや仰向けに開口する。したがって、回転ダクト４がヨー回転すると、排気口４ａの向きが変わる。
排気口４ａは回転ダクト４のヨー回転により向きを変える位置に設ければよい。排気口４ａの存在面をヨー回転軸７に対して垂直にしなければ、排気口４ａは回転ダクト４のヨー回転により向きを変える。

回転ダクト４はヨー回転軸７から半径方向の一方向に長く形成されているため、所定風速以上の風を受けたとき、長手方向が気流に沿うように回転し、排気口４ａが設けられた端部を風下側にして靡く。回転ダクト４に設けられた尾翼４ｂは、回転ダクト４の長手方向に沿って配置されている。また、この尾翼４ｂは、回転ダクト４のヨー回転軸７から半径方向の一方向に長く形成された排気口を設ける側に配置されている。この構成とすることで、排気口４ｃが風下側に靡く際の風見安定性を向上させることができる。

したがって、図１に示すように、ロータ２に所定風速以上の正面風１３を受けるとき、回転ダクト４は排気口４ａが設けられた端部を風下側に向けて安定する。このとき、排気口４ａは風下側を向いている。
また、図４に示すように、ロータ２に所定風速以上の背面風１４を受けるときも、回転ダクト４は排気口４ａが設けられた端部を風下側に向けて安定する。このとき、排気口４ａは風下側を向いている。
すなわち、回転ダクト４は、受ける風の風向の変化に合せて排気口４ａが風下側を向くようにヨー回転する。
このように、本風車は、排気口４ａを風下側に向けるように回転ダクト４をヨー回転させることによって、ナセル１に対し全方位から暴風を受けても、排気口４ａを暴風から背けることができる。

以上の実施形態に拘わらず、尾翼４ｂを設けるか否かや回転ダクト４の形状は任意である。尾翼４ｂを設ける場合は尾翼４ｂを含め回転ダクト４の形状を、所定風速以上の風に対し風向の変化に合せてヨー回転して排気口４ａを風下側に向けるように設計すればよく、設計の自由度は高いため様々な形状が適用できる。例えば、回転ダクト４全体をティアードロップ形状等の流線形にすることもできる。所定風速は強度設計の観点から定められる。所定風速以下の小さい負荷である弱い風に対しては、回転ダクト４はヨー回転しなくてよい。また、回転ダクト４の回転軸７の位置は、発熱部を通過する空気の経路に応じて適宜変更可能である。

本発明の一実施形態に係る水平軸風車の側面図(a)及び平面図(b)である。 本発明の一実施形態に係るナセルの概要を示した斜視図である。 本発明の一実施形態に係る回転ダクトの斜視図(a)及び平面図(b)である。 本発明の一実施形態に係る水平軸風車の平面図である。

符号の説明

１ ナセル
１ａ 開口
２ａ ハブ
２ｂ ブレード
２ ロータ
３ タワー
４ 回転ダクト
４ａ 排気口
４ｂ 尾翼
４ｃ 導入口
１０ 軸受
１１ 発電機
１２ 内部ダクト

Claims (4)

1. ハブとこれに取付けられたブレードとを有するロータと、
   前記ハブに接続された主軸を介して前記ロータを軸支し、上面に内部の空気を排出する開口が設けられたナセルと、
   前記ナセルをヨー回転自在に支持するタワーと、
   前記ナセルにヨー回転自在に取り付けられる回転ダクトとを備え、
   前記回転ダクトは、
   前記開口に接続される導入口と、
   風の状態に合わせてヨー回転制御される前記ナセルの向きに関わらず、風向きの変化に合わせて風下側を向く排気口とを有する水平軸風車。
2. 前記回転ダクトは、受ける風に対して方向を安定させるための尾翼を有する請求項１に記載の水平軸風車。
3. 前記ナセルに対する前記回転ダクトのヨー回転を支持する軸受が、前記開口の周部及び前記導入口の周部に連結され、排気路が当該軸受内を通して接続されてなる請求項１又は請求項２に記載の水平軸風車。
4. 前記ナセル内に、前記ナセル内の発熱部との前記開口との間を繋ぐ内部ダクトが設けられてなる請求項１から請求項３のうちいずれか一に記載の水平軸風車。

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