(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハブと、該ハブから放射方向に延伸する複数のブレードとを有するロータと、
前記ロータの回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機を有するナセルと、
前記ナセルに回転自在に支持された羽根車と、該羽根車の回転エネルギーによって冷却媒体を循環させる循環ポンプと、前記冷却媒体を通じて少なくとも該発電機で生じた熱と熱交換を行う熱交換器とを有する冷却ユニットと、
前記ナセルを支持するタワーと、
を備え、
前記羽根車は、抗力型であることを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
ハブと、該ハブから放射方向に延伸する複数のブレードとを有するロータと、
前記ロータの回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機を有するナセルと、
前記ナセルに回転自在に支持された羽根車と、該羽根車の回転エネルギーによって冷却媒体を循環させる循環ポンプと、前記冷却媒体を通じて少なくとも該発電機で生じた熱と熱交換を行う熱交換器とを有する冷却ユニットと、
前記ナセルを支持するタワーと、
を備え、
前記羽根車は、回転軸の両端が、前記ナセルの架台を含むナセルフレームに回転自在に支持されることを特徴とする風力発電装置。
【請求項３】
ハブと、該ハブから放射方向に延伸する複数のブレードとを有するロータと、
前記ロータの回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機を有するナセルと、
前記ナセルに回転自在に支持された羽根車と、該羽根車の回転エネルギーによって冷却媒体を循環させる循環ポンプと、前記冷却媒体を通じて少なくとも該発電機で生じた熱と熱交換を行う熱交換器とを有する冷却ユニットと、
前記ナセルを支持するタワーと、
を備え、
前記羽根車は、前記ナセルの鉛直下部に設けられ、鉛直上部がナセルカバーに覆われることを特徴とする風力発電装置。
【請求項４】
ハブと、該ハブから放射方向に延伸する複数のブレードとを有するロータと、
前記ロータの回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機を有するナセルと、
前記ナセルに回転自在に支持された羽根車と、該羽根車の回転エネルギーによって冷却媒体を循環させる循環ポンプと、前記冷却媒体を通じて少なくとも該発電機で生じた熱と熱交換を行う熱交換器とを有する冷却ユニットと、
前記ナセルを支持するタワーと、
を備え、
前記羽根車の回転に追従して回動する冷却ファンをさらに備えることを特徴とする風力発電装置。
【請求項５】
前記タワーが、前記ロータが風下に位置するよう前記ナセルを鉛直軸中心に回転自在に支持するダウンウィンドロータ型であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力エネルギーを電気エネルギーに変換する風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自然界において無限に得ることができる風の力を利用し、風力エネルギーを電気エネルギーに変換する所謂風力発電装置の開発が進められている。風力発電装置は、比較的大きな立体物であり設置場所が制限されるので、少数で所望の発電量を賄えるよう１台あたりの発電量の増大が望まれている。風力発電装置の発電量を増やすためには発電機や増速機を大型化しなければならず、それに伴い発電機や増速機の発熱（エネルギー損失）も増え、冷却ユニットの拡充が必要になる。
【０００３】
そこで、発電機や増速機を収容するナセル内を冷却すべく、ナセルの後部からナセルの前部へファンを通じて空気を送風する技術（例えば、特許文献１）や、冷却ファンがナセル上部および後部に設置された技術（例えば、特許文献２）、主風車とファンとを同軸に設け、排気口から熱を外気に逃がす技術（例えば、特許文献３）が開示されている。
【０００４】
また、発電機や増速機の冷却効率を高めるべく、ラジエータ（熱交換器）を配置し、熱交換を通じて発電機や増速機を冷却する技術も公開されている（例えば、特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１１６９２５号公報
【特許文献２】特開２００８−２８６１１５号公報
【特許文献３】特開昭５８−６５９７７号公報
【特許文献４】特開２０１１−１１２０５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した技術のように、ファンによって外気を強制的に誘引するにせよ、発電機等と熱交換器との間に循環ポンプで冷却媒体を循環させるにせよ、冷却自体には冷却ユニットを駆動する電力が必要となる。特に、発電量が大きい風力発電装置では、その発熱を抑制するためさらに膨大な電力を要する。風力発電装置には、冷却ユニットの電力を補うため、電力を蓄積する予備電源が設けられているが、ロータの高速回転時（高負荷時）に十分な電力を供給するためには、それなりに容量の大きな予備電源を準備しなくてはならない。
【０００７】
そこで本発明は、このような課題に鑑み、冷却媒体を循環させる循環ポンプを駆動するための消費電力を抑え、風力発電装置の発電量の大小に応じた冷却効率で発電機等を適切に冷却することが可能な風力発電装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の風力発電装置は、ハブと、ハブから放射方向に延伸する複数のブレードとを有するロータと、ロータの回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機を有するナセルと、ナセルに回転自在に支持された羽根車と、羽根車の回転エネルギーによって冷却媒体を循環させる循環ポンプと、冷却媒体を通じて少なくとも発電機で生じた熱と熱交換を行う熱交換器とを有する冷却ユニットと、ナセルを支持するタワーと、を備え、羽根車は、抗力型であることを特徴とする。
【００１０】
また、上記課題を解決するために、本発明の風力発電装置は、ハブと、ハブから放射方向に延伸する複数のブレードとを有するロータと、ロータの回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機を有するナセルと、ナセルに回転自在に支持された羽根車と、羽根車の回転エネルギーによって冷却媒体を循環させる循環ポンプと、冷却媒体を通じて少なくとも発電機で生じた熱と熱交換を行う熱交換器とを有する冷却ユニットと、ナセルを支持するタワーと、を備え、羽根車は、回転軸の両端が、ナセルの架台を含むナセルフレームに回転自在に支持されていることを特徴とする。
【００１１】
また、上記課題を解決するために、本発明の風力発電装置は、ハブと、ハブから放射方向に延伸する複数のブレードとを有するロータと、ロータの回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機を有するナセルと、ナセルに回転自在に支持された羽根車と、羽根車の回転エネルギーによって冷却媒体を循環させる循環ポンプと、冷却媒体を通じて少なくとも発電機で生じた熱と熱交換を行う熱交換器とを有する冷却ユニットと、ナセルを支持するタワーと、を備え、羽根車は、ナセルの鉛直下部に設けられ、鉛直上部がナセルカバーに覆われることを特徴とする。
【００１２】
また、上記課題を解決するために、本発明の風力発電装置は、ハブと、ハブから放射方向に延伸する複数のブレードとを有するロータと、ロータの回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機を有するナセルと、ナセルに回転自在に支持された羽根車と、羽根車の回転エネルギーによって冷却媒体を循環させる循環ポンプと、冷却媒体を通じて少なくとも発電機で生じた熱と熱交換を行う熱交換器とを有する冷却ユニットと、ナセルを支持するタワーと、を備え、風力発電装置は、羽根車の回転に追従して回動する冷却ファンをさらに備えることを特徴とする。
【００１３】
風力発電装置は、タワーが、ロータが風下に位置するようナセルを鉛直軸中心に回転自在に支持するダウンウィンドロータ型であってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、冷却媒体を循環させる循環ポンプを駆動するための消費電力を抑え、風力発電装置の発電量の大小に応じた冷却効率で発電機等を適切に冷却することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ダウンウィンドロータ型風力発電装置の外観を示す外観図である。
【図２】ダウンウィンドロータ型風力発電装置の概略的な機能を説明するための機能ブロック図である。
【図３】ナセルを鉛直下方から見た斜視図である。
【図４】ナセルを鉛直下方から見た斜視図である。
【図５】側部カバーの動作を説明するための下面視図である。
【図６】熱交換器の配置を説明するための説明図である。
【図７】羽根車の回転速度を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１７】
（ダウンウィンドロータ型風力発電装置１００）
図１は、ダウンウィンドロータ型風力発電装置１００の外観を示す外観図であり、図２は、ダウンウィンドロータ型風力発電装置１００の概略的な機能を説明するための機能ブロック図である。以後、ダウンウィンドロータ型風力発電装置１００の位置関係を説明する際、図２における前方または後方の表現を用いる場合がある。また、ダウンウィンドロータ型風力発電装置１００は、その先端が風上を向くように設計されているので、ほぼ、前方＝風上、後方＝風下となる。
【００１８】
図１に示すように、ダウンウィンドロータ型風力発電装置１００は、ロータ１０２と、ナセル１０４と、タワー１０６とを含んで構成される。
【００１９】
図２に示すように、ロータ１０２は、ハブ１１２と、ハブ１１２から放射方向に延伸する複数のブレード１１４と、ハブ１１２に連結され、複数のブレード１１４で構成される面に垂直に延伸するロータ軸１１６とを有する。かかる複数のブレード１１４に風が当たると、その揚力によりロータ軸１１６を中心にしてロータ１０２が回転する。
【００２０】
ナセル１０４は、ナセルフレーム１２０と、増速機１２２と、発電機１２４と、制御盤１２６とを有する。ナセルフレーム１２０は、ナセル１０４に生じる荷重負荷に耐えるための架台や構造物を含む。増速機１２２は、ロータ軸１１６を軸支し、ロータ軸１１６の回転速度を増速して他の回転軸１２２ａを回転させる。こうして、増速機１２２とナセルフレーム１２０とでロータ１０２を回転自在に支持する。発電機１２４は、増速機１２２によって増速された回転軸１２２ａに接続され、ロータ１０２の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する。制御盤１２６は、ロータ１０２のピッチ制御や発電機１２４の電力制御を行う。
【００２１】
このようにダウンウィンドロータ型風力発電装置１００では、風力エネルギーを電気エネルギーに変換するが、その過程で、発電機１２４や増速機１２２のエネルギー損失が熱となる。特に、近年では、発電量の増大が望まれ、その発熱量も増大している。したがって、発熱により発電効率が低下しないように、冷却ユニット１３０が必要となる。
【００２２】
冷却ユニット１３０では、冷却媒体（気体または液体）が、循環ポンプ１３２で昇圧されて発電機１２４および増速機１２２に導かれ、発電機１２４および増速機１２２で生じる熱を回収した後、ラジエータ等の熱交換器１３４に送られる。熱交換器１３４では、高温の冷却媒体と外気との熱交換が行われ、熱交換後の低温の冷却媒体が循環ポンプ１３２に帰還する。このような冷却媒体の循環により、発電機１２４および増速機１２２の発熱が抑えられる。
【００２３】
また、冷却ユニット１３０には、羽根車１３６と、増速機１３８と、冷却ファン１４０とが含まれる。羽根車１３６は、ナセル１０４に回転自在に支持される。増速機１３８は、羽根車１３６の回転速度を増速して他の回転軸を回転させ、循環ポンプ１３２を直接駆動する（回転エネルギーによって冷却媒体に直接圧力を与える）。冷却ファン１４０は、羽根車１３６または増速機１３８の回転軸に固定され、羽根車１３６の回転に追従して回動し、ナセル１０４内の空気を攪拌して、ナセル１０４内の雰囲気温度を平滑化する。かかる冷却ユニット１３０については後ほど詳述する。
【００２４】
さらに、ナセル１０４の外装に相当するナセルカバー１５０にはダウンウィンドロータ型風力発電装置１００が受ける風の向きおよびその速度を計測する風向風速計１５２が設けられている。
【００２５】
タワー１０６は、ロータ１０２とナセル１０４のほぼ重心位置に連結され、鉛直軸１６０中心にナセル１０４を回転自在に支持する。ナセル１０４にはロータ１０２が連結され、ロータ１０２のブレード１１４が風を受けると、ロータ１０２がタワー１０６よりも風下に位置するようナセル１０４が回転する。このように、ダウンウィンドロータ型風力発電装置１００では、風自体のエネルギーを利用し、風向きに合わせて、ロータ１０２のブレード１１４で形成される仮想面が風の流れる方向と垂直となるため、風力エネルギーを効率よく取得することができる。
【００２６】
（冷却ユニット１３０）
図３は、ナセル１０４を鉛直下方から見た斜視図である。熱交換器１３４は、鉛直軸１６０を跨いでロータ１０２の反対側（ナセル１０４の前部）、かつ、ナセル１０４の比較的鉛直下側に、外気に露出させて配置される。また、本実施形態においては、熱交換器１３４を、鉛直下方に向かうに従い鉛直軸１６０との距離が短くなるように傾斜して配置する。ただし、熱交換器１３４のナセル１０４への配置態様はかかる場合に限らず、鉛直方向に立設させる等、様々な態様で配置することができる。
【００２７】
ダウンウィンドロータ型風力発電装置１００に限らず、風力発電装置では、風力エネルギーを効率よく受けるためブレード１１４の面積を大きくとるのが望ましく、それに伴ってナセル１０４の外形も大きくなる。例えば、ナセル１０４の外形を、道路交通法に基づく搬送時の寸法上限（例えば、高さ４．５ｍ×幅４．５ｍ）近くに設定すると、ナセル１０４の外周に突出物を付設することで、その突出物が寸法上限を超してしまう。この場合、搬送時には、動作確認したナセルから一端突出物である熱交換器を取り外し、設置時には、再度取り付けなければならなくなる。特に熱交換器１３４は、外気との直接的な熱交換を要するので、ナセル１０４の外部に露出する必要があるが、ナセル１０４の外周に単に設置してしまうと、搬送および設置費用の増加を招いてしまう。また、現地で取り付けることで品質が低下するおそれがある。
【００２８】
本実施形態では、ダウンウィンドロータ型風力発電装置１００においてロータ１０２が風下側に位置する特性を利用し、ナセル１０４の風上側の先端部分に熱交換器１３４を配する。このようにナセル１０４の先端部分に熱交換器１３４を配することで、熱交換器１３４の外形寸法は、ナセル１０４の外周寸法内に収まり、熱交換器１３４の設置如何に拘わらず、ナセル１０４の外周（ロータ軸１１６の円周方向）の寸法（幅および高さ）は変化しない。換言すれば、熱交換器１３４を取り外さなくともナセル１０４の外周の上限寸法を維持できる。したがって、熱交換器１３４を配置したまま搬送可能となり、搬送や設置時においても熱交換器１３４の取り外しや取り付けを行う必要がなくなる。こうして、設置費用の増加や品質の低下といった問題を回避することができる。
【００２９】
また、アップウィンドロータ型の風力発電装置では、熱交換器を設置したとしても、ロータの下流に位置することとなるので、熱交換器は、ロータの干渉により、ロータが受けた風力エネルギーの例えば５０％程度に減衰した風を受けることとなり、十分な冷却効率を得ることができなかった。これに対し、ダウンウィンドロータ型風力発電装置１００では、熱交換器１３４が、ナセル１０４の最も風上側において風力エネルギーを受けることができるので、風力エネルギーが減衰することもなく、冷却効率の向上を図ることが可能となる。
【００３０】
また、熱交換器１３４は、ナセル１０４から露出した状態で外気をパッシブに受け入れているため、外気を強制的に取り込むファン等を設ける必要もなく、コストおよび部品点数の削減、ならびに、設計自由度の向上を図ることができる。
【００３１】
ただし、上記の構成により、ロータ１０２が熱交換器１３４の風下に位置することになる。しかし、上述したように、熱交換器１３４は、ナセル１０４の外周方向に突出しないので、ロータ１０２が受ける風力エネルギーは減衰しない。たとえ、熱交換器１３４によって風力エネルギーが減衰したとしても、ロータ１０２においては、風力の作用点がブレード１１４の回転外側に位置しているので、回転中心の風力エネルギーの多少は、その発電量にほとんど影響しない。したがって、ロータ１０２が熱交換器１３４の風下に位置することは問題にならない。
【００３２】
（前部カバー１５０ａ）
アップウィンドロータ型の風力発電装置では、熱交換器をナセルの鉛直上方に配置せざるを得ないので、晴天時には日射の影響を受け易く、その熱により十分な冷却効率を得ることができなかった。これに対し、ダウンウィンドロータ型風力発電装置１００では、図３の如く、ナセル１０４の前方（鉛直軸１６０を跨いでロータ１０２の反対側）、かつ、熱交換器１３４の鉛直上方に位置し、鉛直上方から熱交換器１３４に入射する光を遮蔽する、ナセルカバー１５０の一部を成す前部カバー１５０ａが設けられている。したがって、熱交換器１３４は、鉛直上方からの日射の影響を回避しつつ、ナセル１０４前方からの風を効率よく受けることができ、冷却効率の向上を図ることが可能となる。
【００３３】
ところで、一般に風力発電装置では、高効率かつ安定的に発電を行うために風向風速計を設けている。ただし、風力発電装置が受ける風向きやその速度を正確に把握するために、風向風速計は、ナセル１０４の外周かつ鉛直上方に設けるのが望ましい。しかし、上述したように、熱交換器１３４をナセル１０４の風上側に単に設置してしまうと、ナセル１０４の先端部分において鉛直上方に生じる風の流れを乱してしまうおそれがある。本実施形態では、上記前部カバー１５０ａに曲率が滑らかに変化する曲面を形成し、前方からの風を整流しているので、ナセル１０４の先端部分の鉛直上方における風向や風速の乱れを最小限に抑えることができ、風向風速計１５２による高精度の測定を維持することができる。
【００３４】
（側部カバー１５０ｂ）
図４は、ナセル１０４を鉛直下方から見た斜視図であり、図５は、側部カバー１５０ｂの動作を説明するための下面図である。本実施形態では、ナセル１０４の先端部分（熱交換器１３４を基準にしてロータの反対側）の鉛直下方、かつ、熱交換器１３４の風上において、ロータ軸１１６方向に延在する側部カバー１５０ｂを設けることができる。かかる側部カバー１５０ｂは、ナセル１０４に固定されているか、または、鉛直方向に延伸する回転軸１５０ｃを中心に回動可能に設けられ、風量を調整する役割を担う。
【００３５】
例えば、風力が、必要とする以上に強い場合、図５（ａ）のように、側部カバー１５０ｂを、回転軸１５０ｃを中心に回動して風上側の開口面積を小さくすることで、レデューサ効果により、熱交換器１３４が受ける風速を弱め、強風時の熱交換器１３４の風荷重を緩和することができる。
【００３６】
また、逆に、図５（ｂ）のように、側部カバー１５０ｂを、回転軸１５０ｃを中心に回動して風上側の開口面積を大きくすることで、図５（ｂ）中矢印で示すように、ナセル１０４前方の風を集約でき、また、流入した風を漏洩させることなく熱交換器１３４に誘導することができる。したがって、弱風時においても熱交換器１３４の冷却効率を向上することが可能となる。
【００３７】
（ナセルフレーム１２０）
図６は、熱交換器１３４の配置を説明するための説明図である。図６に示すように、ナセル１０４内には、ナセルフレーム１２０が配されている。本実施形態においては、熱交換器１３４をナセルフレーム１２０に、直接的またはブラケット等を介して間接的に固定することで、熱交換器１３４の支持強度を高めることができる。
【００３８】
（昇降装置１７０）
また、熱交換器１３４は、循環ポンプ１３２等、冷却ユニット１３０の各回路と継手を通じて接続されており、熱交換器１３４のメンテナンスや交換時に取り外しが可能となっている。さらに、ナセル１０４内における熱交換器１３４の鉛直上方には、図６に示すように、熱交換器１３４を張架しつつ昇降可能な昇降装置１７０が設けられており、熱交換器１３４をナセル１０４先端部分から水平移動を伴うことなく、直接、鉛直方向に昇降させることができる。
【００３９】
（羽根車１３６）
ところで、冷却ユニット１３０では、循環ポンプ１３２が、発電機１２４および増速機１２２と熱交換器１３４との間で冷却媒体を循環させている。かかる循環ポンプ１３２を駆動するためには多大な電力を要する。本実施形態では、循環ポンプ１３２に電力を供給する代わりに、羽根車１３６の回転力を利用して循環ポンプ１３２を直接駆動する。
【００４０】
本実施形態の羽根車１３６は、図３に示すように、ナセル１０４の先端部分の鉛直下部、かつ、熱交換器１３４より風下に設けられる。このように羽根車１３６を熱交換器１３４同様、ナセル１０４の先端部分に設けることで、減衰されていない風力エネルギーを直接受けることができ、循環ポンプ１３２の循環効率の向上（冷却効率の向上）を図ることが可能となる。
【００４１】
また、ナセル１０４の鉛直下側には、図６で示したように、ナセルフレーム１２０が配されているため、別途の固定部材を要することなく、羽根車１３６を回転自在に支持することができる。したがって、ナセル１０４自体を低コストかつ軽量に構成することが可能となる。ここで、羽根車１３６をナセル１０４の鉛直下部ではなく、側部に設けることも考えられるが、その場合、風量（風力）がナセル１０４の方向（回転角度）によって、ナセル１０４の側部が障壁となり、羽根車１３６が受けることができる風量（風力）が変わってしまう。また、羽根車１３６をナセル１０４の鉛直上部に設けるとすると、ナセル１０４の鉛直上方に生じる風の流れを乱してしまい風向風速計１５２の計測精度が低下するおそれがある。また、風向風速計１５２より風下に設置すると、風向風速計１５２の干渉により風力エネルギーが減衰し、十分な冷却効率を得られない可能性がある。したがって、羽根車１３６はナセル１０４の鉛直下部に配置するのが望ましい。
【００４２】
図７は、羽根車１３６の回転速度を説明するための説明図である。本実施形態では、抗力型の羽根車１３６が用いられている。抗力型の羽根車１３６を用いた場合の風力エネルギーに対する回転速度２１０は、揚力型の羽根車の回転速度２１２に比べ、風力エネルギーが小さいときからある程度の回転速度を得られることが知られている。したがって、弱風であっても循環ポンプ１３２を駆動することができ、所望の冷却効率を得ることができる。
【００４３】
また、ロータ１０２の高速回転時（高負荷時）、則ち、強風時には、ロータ１０２同様、羽根車１３６も高速回転しているので、循環ポンプ１３２の循環効率も向上し、高い冷却効率によって発電機１２４や増速機１２２を冷却することができる。したがって、本実施形態では、ダウンウィンドロータ型風力発電装置１００の発電量の大小に追従して冷却効率が可変するので、別途特別な冷却制御を要すことなく、堅牢な冷却ユニット１３０を構成することが可能となる。また、上述した冷却ファン１４０に関しても羽根車１３６の回転に追従して回動するので、ダウンウィンドロータ型風力発電装置１００の発電量の大小に応じてナセル１０４内の空気を適切に攪拌することができる。
【００４４】
さらに、抗力型の羽根車１３６は、その原理から風速以上の高速回転を得ることができず、図７に示すように、所定の風力エネルギーを越えると、回転速度の増加が抑制される。ここでは、風力エネルギーが高い場合においても回転速度が高くならない抗力型の特性を敢えて利用し、回転速度を抑制するための別途の機構を要することなく、台風等の強風時においても、羽根車１３６に過大な負荷を与えることなく安全性を確保しつつ、循環ポンプ１３２を安定して駆動することができる。
【００４５】
本実施形態では、上述した抗力型の羽根車１３６を用いるべく、回転軸が風向きに対して垂直となる垂直軸風車（サボニウス型やクロスフロー型等）が採用される。ここでは、羽根車１３６の回転軸がナセル１０４の水平面幅方向に位置するように配されている。したがって、羽根車１３６の回転軸はロータ軸１１６と直交する。
【００４６】
通常、垂直軸風車のような回転軸が風向きに対して垂直になる羽根車１３６を、回転軸が水平方向となるように配置すると、垂直軸風車のメリットである風向に依存しない特性が失われる。しかし、ダウンウィンドロータ型風力発電装置１００は、ロータ１０２のブレード１１４が風を受けると、ロータ１０２がタワー１０６よりも風下に位置するよう回転するので、ナセル１０４が風向変化に対応し、羽根車１３６に十分な風力を供給することが可能となる。
【００４７】
また、本実施形態では、羽根車１３６の回転軸がナセル１０４の幅方向に水平に取り付けられているので、図６に示すように、回転軸の両端をナセルフレーム１２０に回転自在に支持させることができる。したがって、羽根車１３６を強固に固定することができ、信頼性および安定性の高い冷却ユニット１３０を構築することが可能となる。
【００４８】
上記のように羽根車１３６の回転軸を両端支持すると、羽根車１３６の鉛直上部の半分は、ナセルカバー１５０に覆われることとなる。このように構成することで、羽根車１３６が回転する際に、風上方向に戻る羽根車１３６の鉛直上部の半分に風が当たらなくなる。即ち、回転方向が風の順方向と一致する部分にのみ風が当たり、回転方向が風の逆方向となる部分には風が当たらない。こうすることで、冷却効率の向上を図ることが実現可能となる。
【００４９】
さらに、本実施形態では、図３に示すように、熱交換器１３４が傾斜を有して配されているので、風を羽根車１３６に誘導し易く、さらに冷却効率が良好となる。
【００５０】
以上、説明したダウンウィンドロータ型風力発電装置１００によれば、熱交換器１３４の煩わしい着脱作業を伴うことなくナセル１０４の搬送や設置時の利便性を高めると共に、発電機１２４や増速機１２２に対する冷却効率の向上を図ることが可能となる。
【００５１】
また、冷却ユニット１３０によって、冷却媒体を循環させる循環ポンプ１３２を駆動するための消費電力を抑え、ダウンウィンドロータ型風力発電装置１００の発電量の大小に応じた冷却効率で発電機１２４や増速機１２２を適切に冷却することが可能となる。
【００５２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５３】
例えば、上述した実施形態では、冷却ユニット１３０をダウンウィンドロータ型風力発電装置１００に適用する例を挙げて説明したが、かかる場合に限らず、アップウィンドロータ型の風力発電装置に適用することもできる。
【００５４】
また、冷却ユニット１３０の羽根車１３６は、抗力型に限らず揚力型を適用してもよいし、垂直型風車に限らず、回転軸が風向きと平行な平行型風車を用いてもよい。
【００５５】
また、羽根車１３６には増速機１３８を配置している例を挙げて説明したが、かかる場合に限らず、増速機１３８を配置しなくてもよい。
【００５６】
さらに、上述した実施形態では、増速機１２２を配置している例を挙げて説明したが、かかる場合に限らず、増速機１２２を配置しない形態や、増速機１２２を配置しないで油圧変速機を設ける形態、増速機１２２と油圧変速機を共に設ける形態を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、風力エネルギーを電気エネルギーに変換する風力発電装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１００  …ダウンウィンドロータ型風力発電装置
１０２  …ロータ
１０４  …ナセル
１０６  …タワー
１１２  …ハブ
１１４  …ブレード
１１６  …ロータ軸
１２０  …ナセルフレーム
１２２  …増速機
１２４  …発電機
１３４  …熱交換器
１３６  …羽根車
１３８  …増速機
１４０  …冷却ファン
１５０  …ナセルカバー
１５０ａ  …前部カバー
１５０ｂ  …側部カバー
１７０  …昇降装置
【図１】
0005859877.tif 000002
【図２】
0005859877.tif 000003
【図３】
0005859877.tif 000004
【図４】
0005859877.tif 000005
【図５】
0005859877.tif 000006
【図６】
0005859877.tif 000007
【図７】
0005859877.tif 000008