JP2001526357A - 風力発電設備及び風力発電設備の発電機の冷却方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明に基づく風力発電設備（１）において、発電機（５）は、タワー（２）の通路（３）内で煙突効果で発生された冷却空気流（６）で冷却される。本発明はまた、発電機（５）の冷却方法にも関し、発電機（５）を冷却する冷却空気流（６）が煙突効果で発生される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、タワー、風車および発電機を有する風力発電設備に関する。また本
発明は、風力発電設備の発電機の冷却方法に関する。

【０００２】 ロバート ガシュ、Ｂ．Ｇ．トイブナー共著の本「ヴィントクラフトアンラー
ゲン（風力発電設備）」１９９６年、シュトゥットガルトにおいて、風力発電設
備の基本構造が知られている。風車の羽根は風によって回転させられる。これに
よって生ずる回転エネルギは、直接あるいは変速（歯車）装置を介して、発電機
の回転子に伝達される。回転子で発生された磁界によって、回転子を包囲する固
定子内に、電圧が誘起される。その際、発電機においてかなりの熱エネルギが発
せられる。この理由から、一般に、発電機を冷却することが考慮されている。変
速（歯車）装置を介在せずに駆動される発電機を冷却する方式は、上記文献の第
８７頁に記載されている。そこに記載されたエルネコン社のＥ４０型機は、軸受
シールド内に支持された発電機を有している。その発電機と軸受シールドとの間
に隙間が明けられている。そして、発電機を冷却するために、タワー頭部の反風
車側における空気が、タワー頭部の中に発電機に向けて導かれる。その空気は、
回転子と軸受シールドとの間の隙間から流出する。

【０００３】 本発明の課題は、発電機が効果的に冷却される風力発電設備を提供することに
ある。本発明の別の課題は、風力発電設備の発電機の冷却方法を提供することに
ある。

【０００４】 本発明によれば、風力発電設備に関する課題は、通路が設けられているタワー
と、発電機を駆動する風車とを有している風力発電設備において、通路内に煙突
効果によって、発電機を冷却する冷却空気流が発生されることによって解決され
る。

【０００５】 この本発明に基づく風力発電設備の大きな利点は、特に大きな冷却出力にある
。煙突効果を利用することによって、発電機を冷却するために、大きな冷却空気
質量流量が用立てられる。好適には、通路はほぼ垂直に延びている。

【０００６】 好適には、タワーは堅固なタワー壁を有し、中空であり、通路はタワー壁によ
って形成されている。この実施態様は、既存のタワーが煙突効果用の通路として
利用されることによって、発電機冷却に対する煙突効果を、特に簡単な様式で、
利用することを可能にする。しかし、中空タワーの代わりに、適当な通路を設け
ることもでき、例えば、格子状支材で構成されたタワーに、管を配置することも
できる。

【０００７】 好適には、発電機は変速（歯車）装置を介在せずに風車に結合されている。更
に好適には、発電機は軸受シールドに支持され、発電機と軸受シールドとの間に
大気に開口する隙間が明けられ、この隙間を通して冷却空気流が排出される。ま
た、好適には、パワーエレクトロニクス装置が通路内に、特に底の近くに配置さ
れている。変速装置なしの風力発電設備の場合、発電機で発生された電流を、電
気式に適当な系統周波数に変換する必要がある。そのため必要なパワーエレクト
ロニクス装置はかなりの熱量を発生する。この熱量は煙突効果を強めるために有
効に利用される。特に、パワーエレクトロニクス装置がタワーの底の近くに配置
されている場合、煙突効果が強められる。パワーエレクトロニクス装置も同様に
、発生された冷却空気流で冷却されることが有利である。

【０００８】 好適には、パワーエレクトロニクス装置は周波数変換器である。

【０００９】 更に、冷却空気流を発電機に向けて転向する手段、例えば案内板あるいは転向
羽根などが存在していると有利である。そのような手段によって、冷却空気流は
、発電機が特に効果的に冷却されるように、発電機に導かれる。

【００１０】 発電機が通路内に、特に底の近くに配置されていることが有利である。発電機
が堅固で中空タワーの底に配置されている風力発電設備の場合、風車でひき起こ
された風車の後ろにおける空気流を利用して、発電機を冷却することはできない
。ここでは、煙突効果で発生された冷却空気流による冷却が、特に有効である。

【００１１】 好適には、冷却空気流を浄化するフィルタが存在している。通路内において冷
却空気流を案内することによって、冷却空気流を浄化するフィルタは、簡単に設
置することができる。これによって、発電機は汚れおよび腐食から良好に防護さ
れる。

【００１２】 更にまた、発電機が密閉冷却回路で冷却され、この冷却回路に冷却空気流で冷
却される熱交換器が配置されていることが有利である。この処置によって、発電
機を冷却空気から分離することができる。これは、冷却空気による発電機の汚染
を防止する。発電機はいまや、熱交換器を介して冷却空気流によって間接的に冷
却される。

【００１３】 風力発電設備の発電機の冷却方法に関する課題は、本発明に基づいて、タワー
に配置された風車が発電機を駆動する風力発電設備の発電機の冷却方法において
、タワーに設けられている通路内に、発電機を冷却する冷却空気流が、煙突効果
によって発生されることによって解決される。

【００１４】 この本発明に基づく方法の利点は、風力発電設備の利点について上述した説明
に相当して生ずる。

【００１５】 好適には、冷却空気流は発電機を直接冷却する。更にまた、好適には、冷却空
気流は、発電機を冷却する密閉冷却回路に組み入れられた熱交換器を冷却する。
また、通路内に配置されたパワーエレクトロニクス装置は、通路内における空気
を加熱することによって、煙突効果を有利に強める。更に、好適には、冷却空気
流は浄化される。

【００１６】 以下図に示した実施例を参照して本発明を詳細に説明する。

【００１７】 図１には、風力発電設備１が縦断面図で示されている。緩やかに円錐状に延び
るタワー２の上端２Ｂに、風車４が風車中心軸線４Ａを水平にして配置されてい
る。風車４のハブ４Ｂに、２つの回転羽根４Ｃが互いに対向して配置されている
。これらの回転羽根４Ｃは一部しか示されていない。ハブ４Ｂには風車中心軸線
４Ａに対して同心的にほぼ円板状の軸受シールド８が続いている。この軸受シー
ルド８は風車中心軸線４Ａに対して同様に同心的に配置された発電機５を包囲し
ている。軸受シールド８と発電機５との間に、環状の隙間９が明けられている。
風車中心軸線４Ａに沿って発電機５の後ろに、空気案内装置１１、例えば適当に
向けられた案内板装置が配置されている。タワー２はタワー壁７を有している。
タワー壁７は堅固に作られている。タワー２は中空であり、その上端２Ｂは風車
中心軸線４Ａに沿って曲げられている。タワー壁７によって垂直通路３が形成さ
れている。この垂直通路３はタワー２の下端即ちタワー脚２Ａから発電機５まで
延びている。タワー脚２Ａ内に底３５の近くに、周波数を変換するためのパワー
エレクトロニクス装置１０が配置されている。

【００１８】 この風力発電設備１の運転中において、風３６が風車４を駆動する。この風車
４の回転は発電機５に伝達される。ここで図示した実施例において、風車４と発
電機５との間に変速（歯車）装置は介在されていない。従って、発電機５は回転
する風車４の周波数の電流を発生する。この電流を系統周波数に整合させるため
に、パワーエレクトロニクス装置１０において周波数変換が行われる。その際、
パワーエレクトロニクス装置１０はそれを包囲する通路３内の空気に熱を放出す
る。これは通路３内における煙突効果を強める。そして冷却空気流６が発生され
る。この冷却空気流６はタワー２の上端２Ｂまで上昇し、発電機５の方向に転向
される。その際、空気案内装置１１は、冷却空気流６が発電機５の周囲を効果的
に流れるようにその冷却空気流６を案内するために使われる。その冷却空気流６
は隙間９を通って大気に流出する。通路３内に配置されたフィルタ１２は、冷却
空気流６から例えばほこりあるいは塩分を除去するために使われる。これにより
、発電機５の汚れあるいは腐食が減少する。煙突効果による冷却は、大きな冷却
空気質量流量によって非常に効果的に行われる。

【００１９】 図２には、図１とほとんど同じ風力発電設備が示されている。ここでは図１に
おける風力発電設備と異なって、発電機５の冷却は、冷却空気流６で直接行われ
ず、タワー２の上端２Ｂにおいて通路３内に配置されている熱交換器１４を介し
て行われる。

【００２０】 この熱交換器１４は密閉冷却回路１３に組み入れられている。発電機５は冷却
回路１３を介して、即ち冷却空気流６を介して間接的に冷却される。これによっ
て、発電機５を大気から完全に分離することができる。これは、特に風力発電設
備１が塩分を含む大気内に設置される際、発電機構成部品への有害な腐食作用を
減少する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 発電機が冷却空気流で直接冷却される風力発電設備の縦断面図。

【図２】 発電機が冷却空気流で間接冷却される風力発電設備の縦断面図。

【符号の説明】

１ 風力発電設備 ２ タワー ３ 通路 ４ 風車 ５ 発電機 ６ 冷却空気流 ７ タワー壁 ８ 軸受シールド ９ 隙間 １０ パワーエレクトロニクス装置 １２ フィルタ １３ 冷却回路 １４ 熱交換器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H078 AA02 AA26 BB14 CC02 CC22 CC47

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 通路（３）が設けられているタワー（２）と、発電機（５）
   を駆動する風車（４）とを有している風力発電設備（１）において、通路（３）
   内に煙突効果によって、発電機（５）を冷却する冷却空気流（６）が発生される
   ことを特徴とする風力発電設備。
2. 【請求項２】 タワー（２）が堅固なタワー壁（７）を有し、中空であり、
   通路（３）がタワー壁（７）によって形成されていることを特徴とする請求項１
   記載の風力発電設備。
3. 【請求項３】 発電機（５）が変速装置を介在せずに風車（４）に結合され
   ていることを特徴とする請求項１又は２記載の風力発電設備。
4. 【請求項４】 発電機（５）が軸受シールド（８）に支持され、発電機（５
   ）と軸受シールド（８）との間に大気に開口する隙間（９）が明けられ、この隙
   間（９）を通して冷却空気流（６）が排出されることを特徴とする請求項３記載
   の風力発電設備。
5. 【請求項５】 パワーエレクトロニクス装置（１０）が通路（３）内に、特
   に底の近くに、配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１
   つに記載の風力発電設備。
6. 【請求項６】 パワーエレクトロニクス装置（１０）が周波数変換器である
   ことを特徴とする請求項５記載の風力発電設備。
7. 【請求項７】 冷却空気流（６）を発電機（５）に向けて転向する手段（１
   １）が存在していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の
   風力発電設備。
8. 【請求項８】 発電機（５）が通路（３）内に、特に底の近くに配置されて
   いることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の風力発電設備。
9. 【請求項９】 冷却空気流（６）を浄化するフィルタ（１２）が存在してい
   ることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の風力発電設備。
10. 【請求項１０】 発電機（５）が密閉冷却回路（１３）で冷却され、この冷
    却回路（１３）に冷却空気流（６）で冷却される熱交換器（１４）が配置されて
    いることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の風力発電設備。
11. 【請求項１１】 タワー（２）に配置された風車（４）が発電機（５）を駆
    動する風力発電設備（１）の発電機（５）の冷却方法において、タワー（２）に
    設けられている通路（３）内に、発電機（５）を冷却する冷却空気流（６）が、
    煙突効果によって発生されることを特徴とする風力発電設備の発電機の冷却方法
    。
12. 【請求項１２】 冷却空気流（６）が発電機（５）を直接冷却することを特
    徴とする請求項１１記載の方法。
13. 【請求項１３】 冷却空気流（６）が、発電機（５）を冷却する密閉冷却回
    路（１３）に組み入れられた熱交換器（１４）を冷却することを特徴とする請求
    項１１記載の方法。
14. 【請求項１４】 通路（３）内に配置されたパワーエレクトロニクス装置（
    １０）が、通路（３）内における空気を加熱することによって、煙突効果を強め
    ることを特徴とする請求項１１ないし１３のいずれか１つに記載の方法。
15. 【請求項１５】 冷却空気流（６）が浄化されることを特徴とする請求項１
    １ないし１４のいずれか１つに記載の方法。