(57)【要約】      （修正有）【課題】安全かつ迅速にナセル外へ脱出することができ、ヘリコプター等による救援が到着するまでの間安全に待機可能な避難場所を確保できる風力発電装置を提供する。【解決手段】風を受けて回転するロータ１と、ロータを回転可能に支持するナセル２と、ロータの回転エネルギーを用いて発電する発電機３と、ナセルの外壁の一部に設けられて、ナセルの内外を開閉可能な開閉部を備え、開閉部がナセルに対して、開くに伴いナセルの外にステップが形成されることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風を受けて回転するロータと、
前記ロータを回転可能に支持するナセルと、
前記ロータの回転エネルギーを用いて発電する発電機と、
前記ナセルの外壁の一部に設けられて、前記ナセルの内外を開閉可能な開閉部を備え、
前記開閉部が前記ナセルに対して開くに伴い前記ナセルの外にステップが形成されることを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の風力発電装置であって、
前記ステップは、前記ナセル内の床面と段差を設けずに接続されることを特徴とする風力発電装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の風力発電装置であって、
前記ステップは、前記開閉部と前記ナセルの間を接続する第１のヒンジ部であることを特徴とする風力発電装置。
【請求項４】
請求項３に記載の風力発電装置であって、
前記開閉部と前記ナセルの間を接続すると共に、前記開閉部の開空間の側壁を形成する第２のヒンジ部と、
前記第２のヒンジ部に設けられ、かつ前記第２のヒンジ部よりも前記開閉部の開空間側に設けられるエア袋を備え、
前記第２のヒンジ部は、前記エア袋の膨張力を用いて前記開閉部を開くことを特徴とする風力発電装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載の風力発電装置であって、
前記ステップは、前記開閉部の内壁であることを特徴とする風力発電装置。
【請求項６】
請求項５に記載の風力発電装置であって、
前記ステップと段差を設けずに接続されると共に、前記ステップに対して前記ナセルの外壁に沿って配置される展開部を備えることを特徴とする風力発電装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の風力発電装置であって、
前記開閉部をロックする開閉部ロック機構を備え、
前記開閉部ロック機構は、前記ロータの停止時に前記開閉部のロックを解除することを特徴とする風力発電装置。
【請求項８】
請求項７に記載の風力発電装置であって、
前記ロータの回転を停止させるロータロック機構と、
前記開閉部ロック機構を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記ロータロック機構による前記ロータの回転停止を検出した場合に前記開閉部のロックを解除することを特徴とする風力発電装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載の風力発電装置であって、
前記開閉部ロック機構は、前記ロータの停止時かつ前記発電機の出力停止時に前記開閉部のロックを解除することを特徴とする風力発電装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の風力発電装置であって、
前記ステップは、前記開閉部の下端が前記ナセルに回動可能に連結され、前記開閉部が前記ナセルの上方から下方に向かって開く展開式ステップであることを特徴とする風力発電装置。
【請求項１１】
請求項１から９のいずれか１項に記載の風力発電装置であって、
前記ステップは、前記開閉部と前記ナセルとを連結する連結部が前記ナセルの外側に向かって伸長する伸長式ステップであることを特徴とする風力発電装置。
【請求項１２】
風力発電装置のナセルに設けられた収納式ステップの制御方法であって、
前記風力発電装置の非常用ボタンが押下され、
前記風力発電装置のロータの回転が停止し、かつ、前記風力発電装置の発電機の出力が停止した場合、前記収納式ステップのロックを解除し、当該収納式ステップを前記ナセル側面から外側に向かって突出させることを特徴とする収納式ステップの制御方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の収納式ステップの制御方法であって、
前記収納式ステップは、当該収納式ステップの下端が前記ナセルに回動可能に連結され、前記ナセルの上方から下方に向かって開く展開式ステップであることを特徴とする収納式ステップの制御方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の収納式ステップの制御方法であって、
前記収納式ステップは、当該収納式ステップが前記ナセルの外側に向かって伸長する伸長式ステップであることを特徴とする収納式ステップの制御方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の収納式ステップの制御方法であって、
前記収納式ステップに設けられたエア袋を膨張させることにより、当該収納式ステップを前記ナセルの外側に向かって伸長させることを特徴とする収納式ステップの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置のナセル構造に関し、特に、非常時の作業者救援用ステップに適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置の高い稼働率を確保し発電コストを低減するためには、設備の保守点検が必要不可欠である。この中には、日々の運転監視や、定期・不定期のメンテナンス、機器の改造・改修を伴う保守などが挙げられる。特に、発電機や増速機、動力伝達軸（主軸）、ブレーキ装置などの稼働部が多く格納されているナセル内のメンテナンスは、風力発電装置の稼働率を向上するうえで重要であり、その頻度も必然的に多くなる。
【０００３】
一方、風力発電装置１基当たりの発電量を増加させるために風車は大型化する傾向にあり、近年ではロータ径が１５０ｍを超える超大型風車の開発も進められている。これに伴い、それを支えるタワーも１００ｍを超えるようになり、タワー頂部に設置されるナセル内のメンテナンスは、高所での作業となるため、落雷による出火事故や突風によるロータの破損などの非常時の避難経路の確保や脱出方法が重要な課題となっている。
【０００４】
本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献１のような技術がある。特許文献１には、「風向計、風速計、またはその他の設置機器のメンテナンスを行うために、ナセルの上面に出入口としてハッチが設けられた風力発電設備」が開示されている。作業者は、ハッチからナセルの外に出て、風向計や風速計のメンテナンスを行うことができる。
【０００５】
また、特許文献２には、「ナセルの下段部に、ナセル内の整備を要する部品などがナセルの内外部に移動できる通路を提供する開閉可能なドアが形成された風力タービン設備」が開示されている。ナセルの下段部に設けられた開閉可能なドアを介して、ナセルのメンテナンスまたは整備に必要な機器をナセルから搬出したりナセル内に搬入したりすることができる。
【０００６】
また、特許文献３には、「可動式の閉鎖用扉（ハッチ）により開閉可能な孔が設けられた水平軸型風力発電システム」が開示されている。この孔からアームを突出させ、ワイヤを介してフレーム本体およびゴンドラを吊設することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−２０３３８７号公報
【特許文献２】特表２０１２−５０１４００号公報
【特許文献３】特開２００７−１２０２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、ナセル内のメンテナンス時に避難が必要な非常事態が発生した場合の避難経路や脱出方法を考慮した設備設計が求められており、特に、洋上風力発電のように作業員が救出されるまでの間の避難場所の確保が困難な状況下では、作業員を救出し搬送するための特別な対策が必要となる。
【０００９】
例えば、上記特許文献１のようにナセルの上面にハッチを設けた場合、ナセル内の床面からナセルの上面まで階段などを利用して昇らなければならず、避難に時間を要してしまう。
【００１０】
また、特許文献２のようにナセルの下段部にドア設けた場合、ドアから脱出した作業員は海上に避難する他はなく、安全に救援するのが難しくなる。
【００１１】
また、特許文献３の孔では、その設置位置や大きさから作業者が避難経路として使用するのは困難である。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、ナセル内のメンテナンス時に非常事態が発生した場合、安全かつ迅速にナセル外へ脱出することができ、ヘリコプター等による救援が到着するまでの間安全に待機可能な避難場所を確保できる風力発電装置を提供することにある。
【００１３】
また、本発明の別の目的は、ナセル内のメンテナンス時に非常事態が発生した場合、安全かつ迅速にナセル外へ脱出する避難経路となり、ヘリコプター等による救援が到着するまでの間安全に待機可能な避難場所となる収納式ステップの制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明は、風を受けて回転するロータと、前記ロータを回転可能に支持するナセルと、前記ロータの回転エネルギーを用いて発電する発電機と、前記ナセルの外壁の一部に設けられて、前記ナセルの内外を開閉可能な開閉部を備え、前記開閉部が前記ナセルに対して開くに伴い前記ナセルの外にステップが形成されることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、風力発電装置のナセルに設けられた収納式ステップの制御方法であって、前記風力発電装置の非常用ボタンが押下され、前記風力発電装置のロータの回転が停止し、かつ、前記風力発電装置の発電機の出力が停止した場合、前記収納式ステップのロックを解除し、当該収納式ステップを前記ナセル側面から外側に向かって突出させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ナセル内のメンテナンス時に非常事態が発生した場合であっても、安全かつ迅速にナセル外へ脱出することができ、ヘリコプター等による救援が到着するまでの間安全に待機可能な避難場所を確保できる風力発電装置を実現することができる。
【００１７】
また、本発明によれば、ナセル内のメンテナンス時に非常事態が発生した場合であっても、安全かつ迅速にナセル外へ脱出する避難経路となり、ヘリコプター等による救援が到着するまでの間安全に待機可能な避難場所となる収納式ステップの制御方法を実現することができる。
【００１８】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係るダウンウィンド型風車の側面概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る救難用展開式ステップの概観図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る救難用展開式ステップの側断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る救難用伸長式ステップの概観図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る救難用伸長式ステップの側断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る救難用伸長式ステップの上面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る救難用ステップの照明器具設置概略図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る救難用ステップのロック機構概略図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る風車のローターロック機構概略図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る救難用ステップ使用時の制御フローを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明を省略する。
【実施例１】
【００２１】
図１から図３を用いて、実施例１の風力発電装置について説明する。図１は本実施例に係るダウンウィンド型風車を側面から見た概略構造を示している。図２はナセルの斜視図であり、側面に設けられた開閉部が開放された状態を示している。図３は図２におけるＡ−Ａ’部断面図であり、開閉部の断面を示している。
【００２２】
本実施例の風力発電装置は、図１に示すように、風を受けて回転するロータ１と、ロータ１を回転可能に支持するナセル２と、ロータ１の回転エネルギーを用いて発電する発電機３から構成される。なお、詳細な説明は省略するが、ナセル２内には、発電機３の他、ロータ１の回転を発電に必要な回転数までギアを用いて増速させる増速機（ギアボックス）や、ロータ１およびナセル２の向きを風向に合せて制御するヨー制御機構、ロータ１の回転を停止するブレーキ機構、ロータ１の回転をロックするロータロック機構、モータやギアにオイル（潤滑油）を供給するオイル循環装置などが格納されている。
【００２３】
なお、本発明を地上に設置される風力発電装置に適用した場合と洋上に設置される風力発電装置に適用した場合とでは基本的に同じ構成であるため、本実施例では地上と洋上の区別なく説明する。
【００２４】
図２は本実施例おける展開式（回転式）ステップの概観を示している。ナセル２の外壁４の一部に設けられて、ナセル２の内外を開閉可能な開閉部５を備えており、開閉部５がナセル２に対して開くに伴いナセル２の外にステップ６が形成される。つまり、開閉部５が閉じた状態での内壁が、開閉部５を解放した際のステップ６となる。
【００２５】
開閉部５はナセル２の側面に外開きの収納式扉として設置され、開放時に作業者が搭乗可能なステップ（待機場所）として機能する。なお、図２では、開閉部５の下端部がナセル２に回動可能に連結され、開閉部５がナセルの上方から下方に向かって開く展開式（回転式）ステップの例を示している。
【００２６】
図３を用いて、ステップ６の構成を詳しく説明する。図３は図２におけるＡ−Ａ’部断面図であり、本実施例における展開式（回転式）ステップの側断面を示している。本実施例のステップ６は、第１のヒンジ部７を介してナセル２内の床面８と段差を設けずに接続されている。
【００２７】
これにより、ナセル２内からステップ６への作業者の避難および被救護者の移動を迅速に行うことができる容易なアクセス性が得られる。なお、図３のように、開閉部５の内壁に、開閉部５を解放した際の作業者や被救護者の転落防止柵となる枠体を設けてもよい。これにより、ナセル２内からステップ６へ避難した後、ヘリコプター等による救援が到着するまでの間、作業者や被救護者はステップ６上で安全に待機することができる。
【００２８】
以上説明したように、本実施例によれば、ナセル内のメンテナンス時に、落雷による発電機の火災などの非常事態が発生した場合であっても、安全かつ迅速にナセル外へ脱出することができ、救援が到着するまでの間安全に待機することができる。
【００２９】
また、通常時はステップ閉状態、つまりステップ６がナセル２内に収納された状態となるため、ナセル２表面の風の流れに影響を与えることなくロータ１が受風することができる。
【実施例２】
【００３０】
図４から図６を用いて、実施例２の風力発電装置について説明する。図４はナセルの斜視図であり、側面に設けられた開閉部がナセル外側に伸長した状態を示している。図５は図４におけるＢ−Ｂ’部断面図であり、開閉部の断面を示している。
【００３１】
図４に示すように、本実施例では、避難場所（待機場所）となるステップが伸長式ステップである点で実施例１のステップとは異なる。ナセル２の外壁４の一部に設けられて、ナセル２の内外を開閉可能な開閉部９を備え、開閉部９がナセル２に対して伸長するに伴いナセル２の外にステップ１０が形成される。つまり、開閉部９がナセル２の外側に向かって伸長した際、開閉部９とナセル２の連結部分がステップ１０となる。
【００３２】
開閉部９はナセル２の側面に外開きの収納式扉として設置され、開放時に作業者が搭乗可能なステップ（待機場所）として機能する。なお、図５では、開閉部９が第２のヒンジ部１１および第３のヒンジ部１２の二つのヒンジによりナセル２と連結され、開閉部９がナセル２の外側に向かって伸長する伸長式ステップの例を示している。
【００３３】
次に、図５を用いて、ステップ１０の構成を詳しく説明する。図５は図４におけるＢ−Ｂ’部断面図であり、本実施例における伸長式ステップの側断面を示している。本実施例では、開閉部９とナセル２が第２のヒンジ部１１を介して接続され、第２のヒンジ部１１は開空間（待機場所）の側壁を形成する。また、開閉部９はナセル２の外壁に沿って配置され、開空間（待機場所）の前壁を形成する。また、本実施例のステップ１０は、第３のヒンジ部１２を介してナセル２内の床面８と段差を設けずに接続される。
【００３４】
これにより、ナセル２内からステップ１０への作業者の避難および被救護者の移動を迅速に行うことができる容易なアクセス性が得られる。なお、本実施例では、開閉部９がナセル２の外側に伸長した際、開閉部９とナセル２の連結部である第２のヒンジ部１１が開閉部９を支持すると共に、作業者や被救護者の転落防止柵としても機能する。これにより、ナセル２内からステップ１０へ避難した後、ヘリコプター等による救援が到着するまでの間、作業者や被救護者はステップ１０上で安全に待機することができる。
【００３５】
図６に本実施例の変形例を示す。図６は本実施例における伸長式ステップの上面図を示している。第２のヒンジ部１１に設けられ、かつ、第２のヒンジ部１１よりも開閉部９の開空間外側に設けられるエア袋１３を備え、第２のヒンジ部１１はエア袋１３の膨張力を用いて開閉部９をナセル２の外側に伸長させる。これにより、複雑な開閉機構を用いずに、容易かつ迅速にステップ１０を伸長させ、ナセル２の外側にステップ１０を設置することができる。
【００３６】
なお、図６では、エア袋１３を第２のヒンジ部１１に設けた例を示しているが、第３のヒンジ部１２（図５の下方のヒンジ部）に設けてもよく、また、第２のヒンジ部１１および第３のヒンジ部１２の両方に設けることもできる。この場合も、エア袋１３を第２のヒンジ部１１や第３のヒンジ部１２よりも開閉部９の開空間外側に設けることで、エア袋１３が膨張する際に作業者や被救護者への接触（衝突）を防ぐことができる。
【００３７】
以上説明したように、本実施例によれば、ナセル内のメンテナンス時に、落雷による発電機の火災などの非常事態が発生した場合であっても、安全かつ迅速にナセル外へ脱出することができ、救援が到着するまでの間安全に待機することができる。
【００３８】
また、通常時はステップ閉状態、つまりステップ１０がナセル２内に収納された状態となるため、ナセル２表面の風の流れに影響を与えることなくロータ１が受風することができる。
【実施例３】
【００３９】
図７を用いて、実施例３の風力発電装置について説明する。図７の左側は図２のステップ６の斜視図であり、図７の右側は図４のステップ１０の斜視図である。本実施例では、開閉部または開閉部近傍に照明器具１４を備えている。図７の左図の例では、ステップ６における開閉部５の角部およびナセル２の外壁面に照明器具１４が設置されている。また、図７の右図の例では、ステップ１０における開閉部９の角部およびナセル２の外壁面に照明器具１４が設置されている。
【００４０】
図７のように、開閉部または開閉部近傍に照明器具１４を設置し、ステップ６やステップ１０上を照らすことで、夜間においても作業者や被救護者が安全かつ迅速にステップ６やステップ１０へ避難或いは移動することができる。また、夜間においてもステップ６やステップ１０の位置を視認でき、救難ヘリコプターからのアクセスを補助することができる。
【００４１】
なお、図７のように、ナセル２の外壁および開閉部にそれぞれ別個に独立して照明装置１４を設けることで、ナセル２の外壁の照明器具１４と開閉部の照明器具１４との距離から、ステップの位置や大きさを容易に認識することができるため、救難ヘリコプターからの救援をより迅速に行うことが可能になる。
【実施例４】
【００４２】
図８から図１０を用いて、実施例４の風力発電装置およびナセルに設けられる開閉部（収納式ステップ）の制御方法について説明する。図８は本実施例における開閉部ロック機構を備えたステップの概観図を示している。図９は風車のロータ１をロックするロータロック機構の概観図を示している。また、図１０は本実施例におけるステップ使用時の制御フローを示すブロック図である。
【００４３】
実施例１から３の各実施例で説明した開閉部５または開閉部９には、図８に示すように、直動シリンダー式の開閉部ロック装置１５を備え、電気信号によりシリンダーピンを動作させて、開閉部５（または開閉部９）をナセル２へロックすることができる。これにより、ロータ１の停止時に連動させて開閉部５，９のロックを解除することができるため、風力発電装置の通常運転時に開閉部が不用意に開放されてしまうのを防止することができる。
【００４４】
図９に、ロータ１の停止時に連動させて開閉部５，９のロックを解除する構成を示す。ロータ１とナセル２の間にロータ１の回転を停止させるロータロック機構１６を設け、さらに開閉部ロック装置１５およびロータロック機構１６を制御する制御部１７を設ける。制御部１７がロータロック機構１６によるロータ１の回転停止を検出した場合、開閉部ロック装置１５を作動させて開閉部５，９のロックを解除して、開閉部５，９をナセル２の外側へ開放する。或いは、実施例２で説明したようなエア袋の膨張力によりナセル２の外側へ突出させる。
【００４５】
図１０を用いて、上記の動作フローを説明する。ナセル内のメンテナンス中に、例えば落雷による発電機の火災などの非常事態が発生した場合、作業者はナセル２内に設けられた非常用（救難用）押しボタンを押下する。制御部１７は、非常用（救難用）押しボタンによる信号を入力として、風車の運転（ロータ１の回転および発電機３による発電）を判別し、風車の運転中（ロータ１の回転中および発電機３による発電中）と判定した場合、風車運転停止信号をロータのブレーキおよび発電機へ出力する。
【００４６】
次に、制御部１７は、ロータ１のロック位置を判別し、風向や風速に応じて安全な停止位置にロータ１をロックするためのロータロック施錠信号をロータロック機構１６へ出力し、ロータ１をロックする。
【００４７】
続いて、制御部１７は、開閉部ロック装置１５の状態（ステップ開閉ロック位置）を判別し、開閉部ロック装置１５が開閉部５，９をロックした状態であると判定した場合、ステップ開閉ロック解除信号を出力し、開閉部ロック装置１５による開閉部５，９のロックを解除する。
【００４８】
これにより、開閉部５，９はナセル２の外側に向かって開放可能となり、マニュアル操作により開閉部５，９を開放したり、エア袋の膨張力により開閉部５，９を突出させることが可能となる。
【００４９】
最後に、制御部１７は、例えば実施例３で説明した照明器具１４のような緊急照明の点灯を判別し、照明が点灯していないと判断した場合、照明器具１４に緊急照明点灯信号を出力し、照明を点灯させる。
【００５０】
以上説明したように、制御部１７は、ロータ１の停止時かつ発電機３の出力停止時に、開閉部ロック装置１５により開閉部５または９のロックを解除することができ、また、ナセル２の外壁や開閉部５，９に設けられた照明器具１４を点灯することができる。
【００５１】
これにより、風車の運転状態（ロータ１の回転状態）からでも、非常用ボタンを押下することで救難可能な状態に風車を移行させることができる。
【００５２】
以上説明したように、本発明の各実施例によれば、ナセル内のメンテナンス中に非常事態が発生した場合であっても、開閉部がアクセスしやすいナセルの側面に設置されており、天井のハッチの開け閉めが不要なため、作業者や被救護者を安全かつ迅速にナセル外へ脱出或いは移動させることができ、ヘリコプター等による救援が到着するまでの間安全に待機することができる。
【００５３】
また、ナセル内の床面と待機場所（ステップ）との間に段差がないため、バリアフリーで被救護者の移動や作業者自身の脱出が可能となる。
【００５４】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１…ロータ、２…ナセル、３…発電機、４…外壁、５，９…開閉部、６，１０…ステップ、７，１１，１２…ヒンジ部、８…床面、１３…エア袋、１４…照明器具、１５…開閉部ロック装置、１６…ロータロック機構、１７…制御部。
【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】
2018013063.tif 000009
【図８】
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【図９】
2018013063.tif 000011
【図１０】
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