(57)【要約】【課題】水分、砂および他の異物のポッド内への侵入ならびに外部からでも聞こえるファン騒音を低減すると共に、より効率的な冷却を可能とする。【解決手段】本発明は、パイロンと、このパイロンに回転可能に配設されてなると共に、ローター(10)およびステータ(20)を備えた発電機と、ローターとは別個に回転する少なくとも一つのファン(41,42,43)とを有するポッドを具備してなる風力発電設備に関するものである。発電機は、ステータ(20)とローター(10)との間の空隙によって接続された前部と後部とにポッド(30)を区画し、少なくとも一つのファン(41,42,43)は、ポッドの後部から空隙を経てポッドの前部へと空気を送るようになっており、かつ、発電機のローター(10)とステータ(20)との間の空隙のみが、吸い込まれた空気の排出流を許容するようシーリング手段がポッド内に設けられている。【選択図】図１
2010116925.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイロンと、
前記パイロンに回転可能に配設されてなると共に、ローター(１０)およびステータ(２０)を備えた発電機と、前記ローターとは別個に回転する少なくとも一つのファン(４１,４２,４３)と、を有するポッドを具備してなる風力発電設備であって、
前記発電機は、前記ステータ(２０)と前記ローター(１０)との間の空隙によって接続された前部と後部とに前記ポッド(３０)を区画し、前記少なくとも一つのファン(４１,４２,４３)は、前記ポッドの前記後部から前記空隙を経て前記ポッドの前記前部へと空気を送るようになっており、かつ、
前記発電機の前記ローター(１０)と前記ステータ(２０)との間の前記空隙のみが、吸い込まれた空気の排出流を許容するよう、シーリング手段が前記ポッド内に設けられていることを特徴とする風力発電設備。
【請求項２】
前記ポッドの前記後部から前記前部へと前記少なくとも一つのファン(４１,４２,４３)によって送り込まれる空気の２０％未満が、前記ステータ(２０)と前記ローター(１０)との間の空隙を通る流路を進まないようになっていることを特徴とする請求項１に記載の風力発電設備。
【請求項３】
前記ポッドの前記後部から前記前部へと前記少なくとも一つのファン(４１,４２,４３)によって送り込まれる空気の５％未満が、前記ステータ(２０)と前記ローター(１０)との間の空隙を通る流路を進まないようになっていることを特徴とする請求項１に記載の風力発電設備。
【請求項４】
その後部において、前記ポッド(３０)は、前記ポッドの前記後部を、第１の部分および第２の部分に区画する仕切り(１７７)を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の風力発電設備。
【請求項５】
前記ポッド(３０)の前記後部の前記第２の部分には少なくとも一つのファンが設けられており、このファンは、前記仕切り(１７７)を経て引き込まれる空気を、前記ポッド(３０)の前記後部の前記第１の部分内へと送り込むようになっていることを特徴とする請求項４に記載の風力発電設備。
【請求項６】
前記仕切り(３４)は、その一部の上を歩行可能な水平部分、および垂直部分を有するプレートを具備してなることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の風力発電設備。
【請求項７】
前記ポッドの前記第１の部分には空気流案内要素(４５)が設けられており、この案内要素(４５)は、前記ステータ(２０)の巻き線まはた巻き線ヘッドを経て前記空隙を通過する空気流を案内するようになっていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の風力発電設備。
【請求項８】
前記発電機の前記ローター(１０)はマンホールのような通路を有し、この通路は、それを通って空気がほとんどあるいは全く流れないよう閉塞されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の風力発電設備。
【請求項９】
前記発電機の前記ステータ(２０)はステータリングを有し、かつシーリング手段が前記ステータリングと、前記リングを取り囲む前記ポッドとの間に設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の風力発電設備。
【請求項１０】
前記少なくとも一つのファン(４１,４２,４３)は、外部から、前記パイロン(２)と前記ポッド(３０)との間の空隙を経て、前記ポッド(３０)内に流れる空気を引き込むようになっていることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の風力発電設備。
【請求項１１】
前記発電機と平行に延在するよう前記仕切り(１７７)に隣接する第２の垂直仕切りが設けられており、さらなるファンが、当該ファンによって吸い込まれた空気が前記発電機の前記空隙の近傍にあるいは近傍内に案内されるよう、前記第２の垂直仕切りに配設されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の風力発電設備。
【請求項１２】
前記少なくとも一つのファン(４１,４２,４３)は、前記ポッド(３０)内に配置されてなると共に、前記ローターとは別個に回転し、かつ、
前記ファン(４１,４２,４３)は、前記パイロン(２)と前記ポッド(３０)との間に配置された、下方に向って開口した第１の空隙(３６)を経て外気を吸い込むようになっていることを特徴とする請求項１に記載の風力発電設備。
【請求項１３】
複数のファン(４１,４２,４３)は前記ポッド内で相互に離間した位置関係で配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の風力発電設備。
【請求項１４】
前記ポッド(３０)内にはプラットホーム(３４)が水平に配置されてなると共に、前記プラットホーム(３４)の下方には前記少なくとも一つのファン(４１,４２,４３)が配置されており、吸い込まれた空気用の空気排出口が前記プラットホーム(３４)の上に配置されていることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の風力発電設備。
【請求項１５】
プラットホーム(３４)は、前記ポッド(３０)が前記少なくとも一つのファン(４１,４２,４３)の領域に関して密閉されるよう、前記ポッド(３０)に対して横方向および下方向にシールされていることを特徴とする請求項１４に記載の風力発電設備。
【請求項１６】
前記ローター(１０)自身および前記ステータ(２０)は、実質的にただ一つの第２の空隙(２４)が前記発電機の前記ローター(１０)と前記ステータ(２０)との間に開口したままとなり、かつ、吸い込まれる空気の排出流が生じるよう、前記ポッド(３０)に対してシールされていることを特徴とする請求項１２ないし請求項１５のいずれか１項に記載の風力発電設備。
【請求項１７】
空気案内プレート(４５)を具備してなり、前記プレート(４５)は、前記ローター(１０)の外周囲全体に設けられてなると共に、所定の間隔を置いて前記ローター(１０)と前記ステータ(２０)との間の前記第２の空隙(２４)の上に広がり、かつ前記発電機の前記ステータ(２０)と平行に所定の距離だけ半径方向に延在していることを特徴とする請求項１６に記載の風力発電設備。
【請求項１８】
前記ポッドは下部(１００)を具備してなり、前記下部(１００)は、前記パイロンと実質的に平行な関係で所定の距離だけ延在すると共に、隆起形状の下側縁部によって特徴付けられる下方に向って開口した縁部において終端をなしていることを特徴とする請求項１２ないし請求項１７のいずれか１項に記載の風力発電設備。
【請求項１９】
前記ポッド(３０)の下部(１００)を具備してなり、この下部(１００)は、所定量だけ漏斗形状に広がっていることを特徴とする請求項１８に記載の風力発電設備。
【請求項２０】
各ファンの上には空気格子が配設されており、前記空気格子上には、マットが、このマットの端部の一方においてのみ固定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１９のいずれか１項に記載の風力発電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パイロンと、パイロンに回転可能に配設されたポッドと、ポッド内に配置されてなると共にローターおよびステータを有する発電機と、ポッドの領域内の少なくとも一つのファンとを具備してなる風力発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
そうした風力発電設備は、従来技術においてかなり以前から知られている。一部油冷によって、一部空冷によって、あるいはまた水冷によって作動する構造形態が多数存在する。この点に関して、全ての状況は損失が発生するという問題を抱えており、この損失は熱の形態で生じ、放散させる必要がある。各コンポーネントは、観察する必要がある所定の熱応力限界を有しているので、それゆえ、過剰な熱を放散させ、過剰な温度上昇による損傷を回避可能とするために適当な冷却が必要である。
【０００３】
本発明は、特に、空冷運転される風力発電設備に関する。そうした種類の冷却システムは、Enercon社製の風力発電設備(Type E-40、E-44、E-58あるいはE-66)から公知である。この例ではファンがポッド内に導入されるが、これは外部から冷却空気を引き込んで、それをポッド内部に送り込み、これによって冷却空気が発電機の開口部を通って流れるようにし、こうすることで、温度が上昇する個々のコンポーネントを冷却するようになっている。温度が上昇した空気は続いて一般に閉じた冷却回路に再び流れ込むか、あるいはスピナーとポッドの静止部分との間の空隙を経て外部に流出する。
【０００４】
発電機の出力が増大するにつれて、全負荷運転状況でさえ、その温度を臨界的制限値以下で確実に維持できるようにするために、この発電機の冷却要求もまた増大する。
【０００５】
従来技術による風力発電設備は、いわゆる風上ローターを備えている。つまり風力発電設備のポッドは、ローターブレードが風に面するポッドの側に位置するよう配置されている。ファンはポッド壁内で風から遠く離れた側(風下側)に配置されている。このファンは外部から空気を吸い込み、そしてそれをポッド内に運び込む。空気はポッド内のコンポーネントの周りを流動し、これによって熱の放散を、したがって冷却作用をもたらす。
【０００６】
だが、ファンの稼動中に、やはり空気中に存在している塵、湿気および雨水もまた吸引され、ポッドの内部に運ばれることが分かるであろう。これによって望ましくないポッドの汚損が生じ、しかも、全ての付随するその不都合な現象に加えて、(塵および砂の研磨作用のために)コンポーネントの損耗速度が高まり、そしてポッド内の空気湿り度のレベルが高まるが、これは雨天時にはまさに好ましくないものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５８−６５９７７号公報
【特許文献２】特開平７−１７０６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって本発明の目的は、水分、砂および他の異物のポッド内への侵入ならびに外部からでも聞こえるファン騒音を低減すると共に、より効率的な冷却を可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本明細書の冒頭部分において言及したタイプの風力発電設備では、上記目的はポッド内にファンを配置することによって達成され、この場合、ファンは、特にパイロンとポッドとの間の、下方に開口した空隙を経て外気を吸い込むことになる。
【００１０】
この点に関して、本発明は、風力発電設備に沿った、そして特にポッド領域の空気流は、著しく際立った水平成分を有するが、垂直成分はよくても著しく小さなものであるという認識に基づくものである。すなわち、風および風と共に風によって運ばれる異物は風上側からポッドに沿って風下へと流れ、続いて風力発電設備を通過する。それゆえ、もし空気が下方に開口する空隙から吸引される場合、せいぜい極めて微細な粒子(さらに詳しく言うと、これは重力の作用に抗して空気流によって上方に運ばれ得る)が、なおも吸引されるに過ぎない。その結果、砂や塵のような比較的大きな粒子の吸引取り込み、そしてさらに周知のとおりかなり重い雨滴の吸引取り込みが、完全には阻止できなくても、著しく低減される。
【００１１】
空隙全体にわたって分散状態で、可能な限り均一な外気の吸引取り込みを実現するために、そして一つまたは二つの位置での高い吸引作用を回避するために、本発明の好ましい展開では、複数のファンがポッド内で相互に離間した位置関係で配置される。
【００１２】
特に好ましくは、ポッド内にはプラットホームが設けられ、このプラットホームの下方にはファンが配置されると共に、その上方には吸引した空気用の排気口が備わる。このようにして、プラットホームを空気流を案内するために使用することができる。同時に、この構造によって、プラットホームの下方に、吸引した空気をその中で落ち着かせることができる一種の安静スペースを設けることができる。この場合、塵あるいは砂の粒子のような混入異物は重力によって堆積させることができ、したがってポッド内のファンによって運ばれるその量は低減する。
【００１３】
本発明の特に好ましい展開においては、プラットホームは、ポッドの残部がファンの吸引取り込み領域に関して密閉されるようポッドに対して横方向および下方向にシールされる。この構造によって、ファンは明らかに、吸引された空気をプラットホームの上の領域に輸送できるが、吸引空気はプラットホームの周りを流動することはできず、したがって短絡流となってファンに戻ることはできない。むしろ、ファンによって送り出された空気はポッドの残りの部分に留まり、そこでその冷却作用を発揮することができる。
【００１４】
発電機の特に効果的な冷却を実現するために、本発明の好ましい実施形態は、発電機のローターとステータとの間の空隙にのみ、吸い込まれた空気の排出流が生じよう、発電機自体をシールすると共に発電機をポッドに対してシールすることによって特徴付けられる。それゆえ空気は空隙を通って流動することのみ可能で、これに付随して最高レベルの効率で発電機のローターおよびステータを冷却できる。
【００１５】
さらに、ステータ巻き線の巻き線ヘッドに関する冷却作用を有利に行えるようにするために、本発明による風力発電設備は好ましくは空気案内プレートによって特徴付けられるが、当該プレートはローターの外周囲全体に設けられてなると共に、所定の間隔を置いてローターとステータとの間の空隙の上に広がり、かつ発電機のステータと実質的に平行に所定の距離だけ半径方向に延在している。
【００１６】
特に好ましい展開は、パイロンと実質的に平行に所定の距離だけ延在すると共に下側縁部において終端をなしている、ポッドの下側部分を備えた風力発電設備に関する。可能な限り均一な、したがってまた付随する騒音が低レベルである、パイロンとポッドとの間の取り込み空気流を提供するために、ポッドは隆起形状の下側縁部を有する。この隆起形状は実質的に、鈍い縁部において生じるような、吸引される空気の乱れを阻止し、したがって(この乱れによって生じる)流路内の狭窄を防止するのを助け、したがって有効断面の望ましくない減少およびその結果として著しく過少な量の空気しかポッド内に流れ込まず、それに不可避的に起因して過度に軽微な冷却作用しか得られなくなることを防止するのを助ける。
【００１７】
先の実施形態の好ましい展開において、本発明による風力発電設備は、所定の量だけ漏斗状に広がる下側縁部を伴って具現化される。隆起部が設けられていない場合でさえ、これは良好な結果をもたらす。なぜなら、空気流は、乱流および付随する騒音および流れ損失を伴わずに、広げられた縁部にくっ付いてポッド内にスムーズに流入できるからである。
【００１８】
本発明はまた、パイロンと、このパイロンに回転可能に配設されてなると共に、ローターおよびステータを備えた発電機ならびに少なくとも一つのファンを有するポッドとを具備してなる風力発電設備に関し、この発電機は、ステータとローターとの間の空隙によって接続された前部と後部とにポッドを区画し、少なくとも一つのファンは、ポッドの後部から、空隙を経て、ポッドの前部内へと空気を送るようになっており、空隙を通過する空気流が実質的に抑えられるよう、シーリング手段がポッド内に設けられていることを特徴とする。
【００１９】
この点に関して、本発明は、冷却空気がこれまでよりも一層効果的に、温度の上がった発電機またはその部品に対して供給されなければならないという認識に基づくものである。この目的のため、本発明によれば、可能ならば冷却空気の全てが、そうでない場合でも少なくとも明らかに冷却空気の大部分が、設備ローターと発電機との間の空隙を経て流動し、さもなければ、それによってファンあるいは他のファンシステムによって吸引された冷却空気が上記空隙を通る流路を強制的に流動するように、発電機のローターおよびステータの実質的に全ての他の開口部が閉塞される。
【００２０】
この点に関して、本発明は、新規な風力発電設備の元来の装備にとってだけでなく、既存の風力発電設備に対する改良装備品にとっても好適である。
【００２１】
この点に関して、本発明は、既存の風力発電設備の場合でさえ発電機の出力を増大させることができ、したがって設備の全般的な効率を改善することができる。この点に関して、本発明を実施するための処置は比較的軽微なものであり、しかも冷却の持続的改善を、したがってまた設備に作用する総体的な熱応力の低減をも可能にする。
【００２２】
本発明のさらなる形態は従属請求項の対象事項である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】風力発電設備のポッドの側面図である。
【図２】図１に示すポッドの一部を拡大して示す概略図である。
【図３】ポッド内部のプラットホームの平面図である。
【図４】発電機を見ている状態でのポッドの内部の正面図である。
【図５】発電機の一部を拡大して示す細部概略図である。
【図６】さらなる実施形態による風力発電設備の一部側面図である。
【図７】さらなる実施形態による風力発電設備のポッドを通る概略断面図である。
【図８】本発明のさらなる実施形態による風力発電設備のポッドを通る概略断面図である。
【図９】本発明のさらなる実施形態によるポッドの一部断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して、実例として実施形態について詳しく説明する。
【００２５】
図１には本発明による風力発電設備のポッドの側面図を示す。図１において、装置キャリア４がパイロンヘッド２の上に示されており、キャリア４に対してはステータキャリア６およびジャーナル８が配設される。ローターブレード１６を固定状態で備えるハブ１４および発電機のポール(磁極)ローター１０は、ジャーナル１８の周りに回転可能に配置される。
【００２６】
発電機のステータ２０はステータキャリア６によって支持され、その一方で、ポール(磁極)巻き線およびポール片(磁極片)１２を備えたポールローター１０(ローター)は発電機内でジャーナル８上のハブ１４と共に回転する。パイロンヘッド２の上の構造体は、ポッドフェアリング３０およびハブフェアリング３２を具備してなるポッド３０,３２によって取り囲まれている。ハブフェアリング３２はハブ１４と共に回転するが、ポッドフェアリング３０はポッドの静止部分を取り囲む。この点に関して、「静止」とは、風によって引き起こされかつローターブレード１６によってハブ１４および発電機に伝達される回転動作のみに関係することを理解されたい。この点に関して、まず、風向トラッキング(追尾)について今は考えない。
【００２７】
ポッドフェアリング３０によって流線形となるように形が整えられたポッドの後部には、その上を歩行できるポッドプラットホーム３４が配置されている。ファン４１がこのポッドプラットホーム３４の下方に示されている。ファン４１は、パイロンヘッド２とポッドフェアリング３の下方に開口する端部との間の空隙６を経て空気を吸い込む。ファン４１の排出口がポッドプラットホーム３４の上面に存在するので、上記ファンによって吸引された空気流ＬＳはポッドプラットホーム３４の上に噴き出し、続いてポッドフェアリング３０によって発電機に向って向きが変えられる。この結果、発電機に向う、そして当然ながらさらに発電機の開口部を通る有向空気流ＬＳが存在する。空気流ＬＳは、この状況において熱を放散させ、したがって発電機を冷却する。
【００２８】
ポッドフェアリング３０が、それを通って空気がファン４１によって吸い込まれる下方に開口する間隙３６を備えた下部１００を有するので、せいぜい比較的小さな浮遊粒子もまた空気と共に吸い込まれ、塵または砂粒のようなより重い粒子および雨滴またはひょう粒子は、まさに実質的にポッドの外部に留まる。
【００２９】
ハブフェアリング３２の領域であって発電機とハブ１４との間には、空気案内プレート４５が存在することがわかるが、これは発電機を通って流れる空気ＬＳの向きを発電機の外周方向に転換し、これによってステータ２０の巻き線の巻き線ヘッド(これはそこで空気流ＬＳの中に置かれる)は、特にそして狙った通りに、流れ出る空気の流路の中に置かれ、したがって同様に、特にそして狙った通りに冷却することができる。この空気は続いてポッドフェアリング３０とハブフェアリング３２との間の空隙を経て噴出することができ、この結果、常時、新しい空気をファン４１によって引き続き供給できる。
【００３０】
図２には、図１に示す風力発電設備のポッドの一部を拡大して概略的に示す。図２においては、パイロンヘッド２の上に配置された装置キャリア４と、やはりそれに対して取り付けられたジャーナル８と、ステータキャリア６とを再び明瞭に認識することができる。ステータ巻き線および巻き線ヘッド２２を備えた発電機のステータ２０は、ステータキャリア６に対して配設されている。ポール巻き線およびポール片１２を備えた発電機のポール(磁極)ホイール１０は、ジャーナル８の周りに回転可能に支持されている。案内プレート４５はポールホイール１０の側方に配置されており、ポールホイール１０はハブ(この図では示していない)に面している。空気案内プレート４５はポールホイールの全周にわたって延在しており、かつそれがステータ２０およびポールヘッド２２を備えたステータ巻き線と実質的に平行に所定の距離だけ延在するよう、半径方向外側に湾曲している。再度、ポッドプラットホーム３４の下方に配置されかつその空気排出口がポッドプラットホーム３４の上方に存在するファン４１を備えたプラットホーム３４を、ポッドフェアリング３０の領域において明瞭に認識することができる。ファン４１は外気を空隙３６を経て吸引する。空隙３６はパイロンヘッド２とフェアリング３０の下方に開口した下部４０との間に配置されている。この点に関して、図２からは、ポッドフェアリングの下側縁部１００が外側に所定の量だけ漏斗状に広がっていることが明瞭に認識できる。この構造によって、空気流を、ポッドフェアリング３０のこの領域の内壁に対して、より良く作用させることができ、空気流は乱流を伴うことなくポッド内に流入できる。その結果、空隙３６の全断面は、これもまた乱流によって減じられたりあるいは損なわれたりすることのない有効な吸引取り込み領域として利用できる。
【００３１】
空隙３６を経て吸引された空気は、それがファン４１によってポッドプラットホーム３４の上側１２０に送り込まれる前に、ポッドプラットホーム３４の下方の空間１１０内で、その断面が大きなものであり、この結果として流速が低下するために、ある程度、落ち着かせることができる。ポッドプラットホーム３４の上側１２０において噴き出す空気は、発電機６,１０,１２,２０,２２の方向に再びポッドフェアリング３０によって送り込まれ、発電機を通って流れ、こうして熱を放散させることができ、したがって発電機を冷却できる。
【００３２】
空気が発電機を通って流れた後、それがポッドフェアリング３０とハブフェアリング３２との間の空隙を通って噴き出す前に、空気はまた、空気案内プレート４５によって、巻き線ヘッド２２を横切って狙い通りに流動させられ、これによって熱を運び去る。
【００３３】
図３はポッドの後部の平面図である。同図から、その上に発電機のステータキャリア６が配置される装置キャリア４を明瞭に認識できる。同図において、ポッドプラットホーム３４は装置キャリア４を取り囲んでおり、このプラットホーム３４の中に三つのファン４１,４２,４３すなわち(これは実のところ平面図であるので)その空気排出口を見出すことができる。この図から、発電機を冷却するための必要空気流ＬＳは、単一のファンによってだけでなく複数のファンによって生成できることが明らかであろう。
【００３４】
本発明のさらなる態様は、ポッドフェアリング３０に対するポッドプラットホームのシーリング(密閉)に関するものである。流れの短絡を防止するために、このシーリングの実施に関しては多大な注意を払うべきである。そうした流れの短絡は、ファン４１,４２,４３によってポッドプラットホーム３４の上のスペース内に運ばれる空気が、プラットホーム３４とポッドフェアリング３０との間の漏れに起因してポッドプラットホーム３４の周りを流動することができ、したがってファン４１,４２,４３の吸引取り込み領域内に再び流入できる場合に生じるであろう。さらに詳しく言うと、この結果、ポッドプラットホーム３４の周りを流動する、かなりの量の空気は発電機の方向に流れなくなり、したがって冷却に利用できなくなる。
【００３５】
空気流による発電機の冷却効果をさらに一層増大させるために、さらなる密閉手段が設けられる。この手段は図４から認識できる。同図は、図示していないポッドプラットホームの方向から見た発電機の正面図である。
【００３６】
ジャーナル８を中央領域において明瞭に認識できる。発電機のポールホール１０はジャーナル８の周りに回転可能に配置されている。ポールホイール１０はステータ２０内で回転し、一方、発電機空隙２４がポールホイール１０とステータ２０との間に設けられている。
【００３７】
可能な限り有効な冷却作用を生み出すために、空気は専ら発電機空隙２４を経て流動するべきである。こうした理由から、ポールホイール１０はそれを通って空気が流れないように、それ自体密閉される。さらに、ステータ２０はまた、ポッドフェアリング３０に関して密閉される。したがって空気流ＬＳのために、発電機空隙２４を通る経路のみが残される。最良の作用はこのようにして実現される。
【００３８】
やはりポッドプラットホーム(図４には示していない)の(発電機に面する)側における流れの短絡を防止するために、カバープレート２６が設けられる。カバープレート２６はポッドプラットホーム(図示せず)の下方に直に隣接した関係で配置され、ポッドの残部に関して吸引取り込み領域をシールし、逆の場合も同じである。このようにして、空気はポッド内であってポッドプラットホーム３４の上の発電機まで送り込まれ、そして図示の面から、そこに見出される発電機空隙２４の一部を通ってカバープレート２６の背後へと流動することができる。この目的のために、カバープレート２６は発電機から所定の距離だけ離間され、これによって上記空気流が実現される。
【００３９】
この構造によって、ファンよって送り込まれる全ての空気は、発電機空隙２４を通って流れ、したがって最大量の熱を運び去る。
【００４０】
図５には、さらに拡大して、発電機の領域およびこの領域内で空気ＬＳがたどる流路を示す。同図の右側部分には、パイロン２およびこのパイロン２とポッドフェアリングの下方に開口した縁部(これは漏斗形状に広がる)との間に形成された空隙３６を示すが、空隙３６はまた、方位角間隙とも呼ばれている。空気の吸引取り込みおよびポッド内部への放出は、空気が発電機に向って案内される手法と共に、図１ないし図４に関する説明で言及されており、一方、図５からは、発電機空隙２４を通過した空気流が、ポールホイール１０に配置されたポール片１２と、巻き線ヘッド２２(これはステータキャリア６によって保持されたステータ２０に対して取り付けられている)を備えたステータ巻き線との間を通って流動することが分かる。発電機空隙２４を通過した後、空気流はポールホイール１０に配置された空気案内プレート４５に衝突し、そして、図の左側において巻き線ヘッド２２の周りを重点的に狙ったように流動して、これによってやはりそこから熱を確実に奪い去るよう、このプレート４５によって向きが変えられる。その後、空気流は、ハブフェアリング３２とポッドフェアリング３０との間の空隙を通って再び大気中に戻る。
【００４１】
図６にはさらなる実施形態による風力発電設備の一部を示す。図１ないし図５に示す風力発電設備とは対照的に、この風力発電設備はポッド３０の一端にファン３８を有する。このファン３８は、温度が上昇するポッドおよび他の部品を冷却するためにポッド内に空気流を発生させるよう機能する。先に説明したように、この例では、ファン３８によって生じる空気流がローター１０とステータ２０との間の空隙のみを経て、ポッドの後部からその前部まで流動できるよう、したがって発電機の冷却に寄与できるように、発電機のローター１０およびステータ２０は密閉される。つまり、発電機の冷却は先に説明した実施形態と同様にしてなされるが、ポッド３８の外側のファン３８が新しい空気を供給するのに使用される。
【００４２】
この発明によれば、ファンシステムはポッドプラットホームに組み付けられ、吸引された空気を上方に向って、(ローター側から見て)発電機の後部に直に隣接するポッド領域内に吹き込む。この場合、吸引される空気は、パイロン自体から、あるいは好ましくはパイロン間隙、すなわち、風に対して所望の角度で設備を位置決めするために方位角ベアリングがまた配置される、装置キャリアとパイロンとの間の間隙から取り込まれなければならない。
【００４３】
この例では、吸引スペースは発電機方向に前方にも、たとえばプレートを用いて閉塞され、ポッドプラットホームと(ガラス繊維強化プラスチック製の)ポッドハウジングとの間の隙間もまた、たとえばプレートを用いて閉塞される。
【００４４】
ポッドのスピナー側において、空気案内プレートは、ステータの巻き線ヘッドを経て空隙を通過する冷却空気を案内し、そしてこうして加熱された空気は、スピナーとポッドとの間の空隙を経て直に外部に放出できる。
【００４５】
ローターの全ての開口部は、この例では、好ましくは完全に閉塞されるが、これは、簡素な孔に関してだけでなく、マンホール(すなわち付設された開口部)にも当てはまる。この結果、必要とあれば、サービスエンジニアは、スピナー内でメンテナンス作業を実施するために、ポッドの後部からスピナー内に入ることができる。マンホールはたとえばターポーリン(これは修理作業を行う際には容易に取り除くか開放状態とすることができる)によって閉塞できる。メンテナンス作業が終わった後、マンホールはターポーリンによって再び気密状態となるように閉塞できる。
【００４６】
ポッドはたいていステータのステータリングを取り囲んでおり、しかも本発明によれば、さらに、ポッドとステータリングとの間の間隙は、シールによって気密状態となるよう閉塞される。
【００４７】
本発明による帰結は、既存の発電機をより効率よく利用できるようになるということだけでなく、適当な冷却作用をかなり小さな電動ファン出力で十分に得られるようになることである。
【００４８】
Enercon E-48型の風力発電設備において発電機空隙は概ね０.５ｍ２の横断面積を有し、そしてその他の点ではローターのそれ以外の孔が０.１ｍ２の横断面積を有することを考えると、これは既にファン効率を少なくとも２０％だけ低下させている。
【００４９】
パイロンとポッドの下部１００との間の上記空隙の代わりに、ポッドの下部に開口部を設けることができる。そうした開口部はたとえば格子、スリットなどとすることができる。これに代えて、あるいはこれに加えて、それを経て流れる空気を後方で吸引するために、風下側を向くよう方向付けられたスクープ(取り込み口)あるいはポッド内で風下側を向くよう方向付けられた開口部を設けることができる。
【００５０】
図７には、さらなる実施形態による風力発電設備のポッドを通る概略断面を示す。ポッド１７０は、発電機１８０と、圧力(与圧)スペース１７６と、壁すなわちプラットホーム１７７によって互いに隔離された吸引スペース１７５とを有する。壁１７７は好ましくは実質的に気密性を有するものであり、しかもポッドに対して入念に封止されている。仕切り１７７には二つのファン６００,６１０が設けられ、この二つのファン６００,６１０のうちの一方は水平に配置され、かつ第２のファン６１０は垂直に配置されている。好ましくは、垂直に向けられたファンは、吸引される空気が発電機１８０の空隙の領域内に送り込まれるよう配置されている。第２のファン６１０は、吸引スペース１７５から発電機空隙を経て空気流７００の形態で発電機１８０の背後の領域へと空気を送り込む。ゆえに、空気はパイロン間隙を経てあるいはポッドの末端部において吸引スペース１７５内に吸い込まれ、そして空気は吸引スペース１７５からファン６００,６１０によって圧力スペース１７６内に送り込まれる。ある程度の超過圧力が圧力スペース１７６内に存在するので、空気は発電機１８０の空隙を経て流出し、その際、発電機を付随的に冷却する。空気は、その後、ポッド１７０のフード空隙１７９から噴き出す。
【００５１】
発電機空隙を通る空気流７００は、まず、水平に配置されたファン６００によって付勢される。第１の、そしてまた第２のファン６００,６１０はいずれも、それぞれ一つ以上のファンによって具現化できる。
【００５２】
ポッドの内部スペースおよびシーリング壁１７７の設計に関して、漏れポイントはファン効率を低下させ、したがって発電機冷却効果を低下させるので、これらの要素がポッドに対してシールされることが重要である。
【００５３】
図８には、本発明のさらなる実施形態による風力発電設備のポッドの概略断面を示す。図８は特に漏れが生じ得る位置を示している。第１の漏れＡは、たとえば、プラットホーム１７７とポッドのフード１７０との間で生じ得る。さらなる漏れＢは、プラットホーム１７７とポッドの装置キャリアとの間で、特にプラットホーム１７７のケーブル孔によって生じ得る。さらなる漏れＣは、吸引スペースと圧力スペースとの間の区画手段の前面壁と、ポッド１７０のフードとの間で生じ得る。さらなる漏れＤは、風力発電設備の発電機のローターの孔によって生じ得る。さらなる漏れＥはフードハッチによって生じ得る。最後に、さらなる漏れが装置キャリアのケーブル孔によって生じ得る。
【００５４】
発電機にとって可能な限り最良の冷却効果を得るために、上記の生じ得る漏れの全ては、適当な手段によって封止(シール)される必要がある。
【００５５】
前部壁および任意選択でポッドの尾部と平行に配置されたさらなる壁を備えたプラットホームを設けたことによって、ポッドの内部を、圧力スペースと吸引スペースとに区画することができる。
【００５６】
図９は、本発明のさらなる実施形態によるポッドの一部断面斜視図である。ポッドプレートＧおよびポッドターポーリンＨが、ポッドのプラットホームの下方に設けられている。この例では、プレートの縁部およびシーリングプレートＩを有するターポーリンは、ポッドの外壁に対してシールされている。ポッドの尾部において、プラットホームターポーリンＪは吸引スペースを圧力スペースから分離させている。図９には五つのファンＦが示されており、これらはパイロン隙間および／または尾部孔を経て空気を吸い込み、それを上方および前方に噴き出す。ファンおよびポッドに関するそうした構造様式は、外部に達する騒音が低減され、しかも設備内への雨や塵の吸引または吹き込みが低減されるので、有利である。さらに、より強力なファンを設置することが可能であり、しかもファンはその後に交換できる。
【００５７】
本発明のさらなる実施形態によれば、発電機の空隙を経て空気を吹き込むために、発電機の周囲に配分された状態で複数のファンを設けることができる。ファンの数は余りがでるように設定でき、これによって、たとえファンの一つが故障しても、他のファンが、冷却作用を維持するために発電機の空隙を経て適量の空気を吹き込めるようになる。これに代えて、あるいはこれに加えて、ファンの出力は、このファンが少なくとも一時的に、故障したファンに取って代わることができるよう余剰設定できる。この点に関して、ファンは好ましくは、空隙の近傍において発電機の周囲に配分された状態で配置される。
【００５８】
この例では、圧力スペースは、ファンの一つが故障してもよく、それにもかかわらず空気が圧力スペースと発電機の前方の領域との間の圧力差によって発電機の空隙を通って流動できるよう、超過圧力が存在するような構造のものである。先に既に説明したように、圧力スペースを適切にシールすることが必要である。
【００５９】
さらなる実施形態によれば、空気格子を特に水平に配置されたファンの上に配置することができ、これによって物体がファンに落下するのが阻止される。これに代えて、あるいはこれに加えて、空気格子の上に、物体がファンに落下するのを阻止するマットを設けることができる。この場合、マットは好ましくはその端部の一方において固定されるだけであり、これによって、ファン作動時には、マットはファンによって生じる空気流によって上方に動かされ、そしてファンが停止するや否や、空気格子の上に再び落下する。したがって、これによって確実に、ファンは小さな物体から保護されるようになり、その一方でファンの作用がひどく妨害されることはない。
【００６０】
空気流は、図７に示す垂直に配置されたファン７００によって短絡させて、発電機の空隙に直接あるいはその近傍へと誘導することができる。それゆえ、これによって空気が上方および前方の両方に流動することが可能となる。この目的のために必要な空気は、パイロン間隙および尾部の孔から取り込んで利用される。
【００６１】
通常、発電機空隙は、横断面積が０.５ｍ２のものである。だが、もし、たとえば、一つのケーブル通路がプラットホームに開放されたまま残っていると(０.１ｍ２)、冷却効率は約２０％だけ低下する。
【符号の説明】
【００６２】
２  パイロンヘッド
４  装置キャリア
６  ステータキャリア
８  ジャーナル
１０  ポールローター
１２  ポール片
１４  ハブ
１６  ローターブレード
１８  ジャーナル
２０  ステータ
２２  巻き線ヘッド
２６  カバープレート
３０  ポッドフェアリング
３２  ハブフェアリング
３４  ポッドプラットホーム
３６  間隙
３８,４１,４２,４３  ファン
４５  案内プレート
１００  下側縁部
１１０  空間
１７０  ポッド
１７５  吸引スペース
１７６  圧力スペース
１７７  壁
１８０  発電機
６００,６１０,７００  ファン
Ｆ  ファン
Ｇ  ポッドプレート
Ｈ  ポッドターポーリン
Ｉ  シーリングプレート
Ｊ  プラットホームターポーリン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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