(57)【要約】【課題】ナセル内に設置された空冷熱交換器の吸気温度を低下させて効率のよい熱交換を可能にした風力発電装置を提供する。【解決手段】風車翼５に風力を受けて回転するロータヘッド４がナセル３の内部に設置された発電機を駆動して発電し、ナセル３が基礎上に立設されたタワー２の上端部に設置されるとともに、ナセル３の内部に設置された機器類を潤滑油が循環して流れる閉回路の潤滑油循環系統１０Ａを備えている風力発電装置１において、潤滑油循環系統１０Ａに設置されて潤滑油を空気との熱交換により冷却するオイルクーラ１３を、ナセル内部空気と独立した領域に設けた。【選択図】図１
2011196183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車翼に風力を受けて回転するロータヘッドがナセルの内部に設置された発電機を駆動して発電し、前記ナセルが基礎上に立設されたタワーの上端部に設置されるとともに、前記ナセルの内部に設置された機器類を潤滑油が循環して流れる閉回路の潤滑油循環系統を備えている風力発電装置において、
前記潤滑油循環系統に設置されて前記潤滑油を空気との熱交換により冷却する空冷熱交換器をナセル内部空気と独立した領域に設けたことを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
風車翼に風力を受けて回転するロータヘッドがナセルの内部に設置された発電機を駆動して発電し、前記ナセルが基礎上に立設されたタワーの上端部に設置されるとともに、前記ナセルの内部に設置された機器類を潤滑油が循環して流れる閉回路の潤滑油循環系統を備えている風力発電装置において、
前記潤滑油循環系統に設置されて前記潤滑油を冷媒との熱交換により冷却する冷媒熱交換器と、前記冷媒を空気との熱交換により冷却する空冷熱交換器とを備え、前記空冷熱交換器をナセル内部空気と独立した領域に設けたことを特徴とする風力発電装置。
【請求項３】
前記ナセル内部空気と独立した領域は、ナセル壁面に設けられた開口からナセル内部を連通するように形成された吸排気区画であることを特徴とする請求項１または２に記載の風力発電装置。
【請求項４】
前記吸排気区画内に断面積を変化させた消音室を設けたことを特徴とする請求項３に記載の風力発電装置。
【請求項５】
前記吸排気区画内に設けられた空冷熱交換器の下部に、所定量の液滴を保持することができる液滴溜まり部を具えていることを特徴とする請求項３に記載の風力発電装置。
【請求項６】
前記吸排気区画の壁面に断熱材を配置したことを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項７】
前記吸気ダクトもしくは排気ダクトは、分割方式であることを特徴とする請求項１から６のいずれか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、ナセル内機器の冷却に用いられる熱交換器を備えた風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置（以下では「風車」とも呼ぶ）は、風車翼を備えたロータヘッドが風力を受けて回転し、この回転を増速機により増速するなどして駆動される発電機により発電する装置である。
上述したロータヘッドは、風車用タワー（以下、「タワー」と呼ぶ）上に設置されて旋回可能なナセルの端部に取り付けられ、略水平な横方向の回転軸線周りに回転可能となるように支持されている。
【０００３】
風力発電装置のナセル内には、一般的な装置構成として、風車翼から受けた機械的な回転力の伝達装置や発電装置が設置されている。このうち、回転力の伝達装置は、主軸受け及び増速機を備え、発電装置は、発電機、トランス、インバータ及び制御盤、もしくは、発電機及び制御盤を備えている。
【０００４】
このようなナセル内機器において、機械的な伝達装置を構成する主軸受け及び増速機については、たとえば図６に示すように、潤滑油循環系統１０を循環する潤滑油を用いて回転部の潤滑及び摩擦熱の冷却を行っている。
なお、図６において、図中の符号１は風力発電装置、２はタワー、３はナセル、４はロータヘッド、５は風車翼、６は吸気部、７は排気部、８は主軸受け、９は増速機であり、矢印Ａｈは放熱を示している。
【０００５】
上述した潤滑油循環系統１０は、潤滑油を貯蔵するオイルタンク１１と、潤滑油を循環させるオイルポンプ１２と、外気との熱交換により潤滑油を冷却するオイルクーラ１３とを備え、これらの機器を潤滑油配管１４で連結することにより、ナセル３の内部に閉回路の潤滑油循環流路を形成している。なお、オイルタンク１１は、たとえば増速機９の内部に設けられている。
また、図中の符号１３ａはオイルクーラファン、１５はオイルクーラ１３をバイパスして流す潤滑油流路を形成するバイパス配管、１６はバイパス配管に設けられて潤滑油温度が所定値より低い状況で開くバイパス弁、１７はオイルポンプ１２の下流側に設けたオイルフィルタ、１８はオイルタンク１１内の潤滑油を加熱するオイルヒータである。
【０００６】
すなわち、バイパス弁１６は、潤滑油が低温で高粘度となり、オイルクーラ１３を通過する際に所定値を超える大きな圧力損失を生じる場合に開いてバイパス流路１５を開通させる弁であり、オイルヒータ１８は、たとえば外気が寒冷状態にある場合など、潤滑油温度が所定温度より低い条件下で風力発電装置１を起動する場合に用いる。なお、オイルクーラ１３としては、プレートフィンを用いた熱交換器を用いることが多い。
【０００７】
上述したオイルクーラ１３で潤滑油と熱交換する外気は、図中に矢印Ａｏで示したように、オイルクーラファン１３ａの運転により、ナセル３の前端面下部に設けた吸気部６から吸入される。この外気は、ナセル３の内部を流れて換気するとともに、オイルクーラ１３を通過して潤滑油から吸熱し、最終的にはナセル３の上部に開口する排気部７から外部へ流出する。
外気を導入する吸気部６には、たとえば図７に示すように、ガラリ６ａや除塩及び防塵用のフィルタ６ｂが設けられている。
【０００８】
ナセル３内に設置された機器類において、他の熱源としては、たとえば図８及び図９に示すように、トランス２１、インバータ２２、制御盤（不図示）、ロータヘッド４に連結された発電機２３等がある。
【０００９】
インバータ２２は、内部電気機器２２ａの発熱が大きいため、冷却水を用いる冷却システム３０を設置することが多い。
このインバータ冷却システム３０は、たとえば図８に示したように、内部電気機器２２ａを冷却する吸熱熱交換器３１、冷却水ポンプ３２、冷却水フィルタ３３、冷却水タンク３４、放熱熱交換器３５からなり、冷媒配管３６により連結された閉回路の冷却水循環系を構成する。但し、インバータ２２は、たとえばタワー２の下部など、ナセル３の外部に設置されることもある。なお、図中の符号３５ａは、放熱熱交換器３５のファンである。
トランス２１は、電気絶縁性からコイル２１ａの外面を空気で冷却されることが多い。この空気としては、外気またはナセル内空気が用いられる。但し、トランス２１は、インバータ２２と同様に、たとえばタワー２の下部など、ナセル３の外部に設置されることもある。
【００１０】
発電機２３の冷却システム４０は、発電機２３の巻き線を含む閉じた一次系冷却システム４０Ａ及び二次系冷却システム４０Ｂから構成される。なお、図中の符号２３ａは発電機２３のロータ、２３ｂはステータである。
一次系冷却システム４０Ａは、電気的な絶縁性から、空気を冷却媒体として使用することが多い。図９に示す一次系冷却システム４０Ａにおいては、一次系空気ファン４１を運転することにより、矢印Ａ１で示す一次空気流れを形成している。
【００１１】
一方、二次系冷却システム４０Ｂは、ナセル内空気と一次系空気間で熱交換を行う熱交換器４２を設置したものである。この場合の熱交換器４２は、一次系空気が循環して発電機２３から吸熱し、温度上昇した一次系空気がナセル内空気に放熱するものである。なお、図中の符号４３は二次空気ファンであり、ナセル内空気等を吸引して熱交換器４２へ供給し、一次系空気と熱交換した二次系空気は排気流路４４を通って排気口４４ａからナセル３の外部へ流出する。
また、たとえば冷却水などの中間媒体を用いて冷却システムを構成する場合もある。
【００１２】
また、下記の特許文献１及び２には、ナセルの内部もしくはナセル上部へ配置した発電機用の熱交換器に対し、ナセル内空気と分離して外気を単独で吸気及び排気することが開示されている。この場合、閉じた系を構成する一次系の流体は空気であり、本特許とは異なる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許第７０５７３０５号明細書
【特許文献２】米国特許第７１６１２６０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところで、上述した従来技術のオイルクーラ１３は、図６に示すように、ナセル３の内側に設置された吸気口から外気を導入して熱交換する。この熱交換により温度上昇した排気は、独立したダクト１３ｂを通って排気部７まで導かれ、排気部７の開口からナセル３の外側へ流出する。
この場合、オイルクーラ１３が吸気する外気は、ナセル３の内部に設置された電子機器（制御盤等）の排熱から受熱し、さらに、主軸受け８や増速機９等の高温部表面を通過することによって受熱する。このため、オイルクーラ１３が吸気する外気温度（吸気温度）は、ナセル３に吸気部６から導入した直後の外気温度よりも高温となる。
【００１５】
一方、オイルクーラ１３で冷却する潤滑油を所定の上限温度以下に維持するには、外気温度と吸気温度との温度差を大きくするほど効率がよくなる。従って、オイルクーラ１３の伝熱面積を小さくして小型化するためには、吸気温度を低くすることが必要となる。
また、近年の風力発電装置１は、発電出力が大型化する傾向にあるので、オイルクーラ１３に要求される伝熱面積及びナセル内空気の必要量も増大している。従って、風力発電装置１の大型化に伴う問題を解決するためにも、オイルクーラ１３の吸気温度を低下させることが望まれる。
【００１６】
さらに、風力発電装置１を海岸部に設置する場合には、ナセル３の内部に塩分を含んだ外気が導入されないようにするため、吸気部６に取り付けるフィルタ６ｂの機能には防塵に加えて除塩も含まれている。このような除塩機能を有するフィルタ６ｂは、外気通過による圧力損失が大きくなるので、オイルクーラ１３で必要な冷却空気量の外気を取り入れるためには、オイルクーラファン１３ａ等の運転に過大な消費電力が必要になるという問題もある。
しかし、オイルクーラ１３の吸気温度が低下すれば、必要となる冷却空気量は減少するため、オイルクーラファン１３ａ等の運転に必要な消費電力も低減できる。
【００１７】
本発明は、上記の課題を解決するもので、その目的は、ナセル内に設置された空冷熱交換器の吸気温度を低下させて効率のよい熱交換を可能にする風力発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用する。
本発明の第１の態様に係る風力発電装置は、風車翼に風力を受けて回転するロータヘッドがナセルの内部に設置された発電機を駆動して発電し、前記ナセルが基礎上に立設されたタワーの上端部に設置されるとともに、前記ナセルの内部に設置された機器類を潤滑油が循環して流れる閉回路の潤滑油循環系統を備えている風力発電装置において、前記潤滑油循環系統に設置されて前記潤滑油を空気との熱交換により冷却する空冷熱交換器をナセル内部空気と独立した領域に設けたことを特徴とするものである。
【００１９】
このような風力発電装置によれば、前記潤滑油循環系統に設置されて前記潤滑油を空気との熱交換により冷却する空冷熱交換器をナセル内部空気と独立した領域に設けたので、空冷熱交換器の吸気としてナセル内機器等の熱影響を受けない外気をそのまま導入して熱交換させることができる。すなわち、空冷熱交換器の熱交換に使用する吸気温度を低下させ、空冷熱交換器内を流れる潤滑油との温度差を大きくすることで、効率のよい熱交換が可能になる。
【００２０】
本発明の第２の態様に係る風力発電装置は、風車翼に風力を受けて回転するロータヘッドがナセルの内部に設置された発電機を駆動して発電し、前記ナセルが基礎上に立設されたタワーの上端部に設置されるとともに、前記ナセルの内部に設置された機器類を潤滑油が循環して流れる閉回路の潤滑油循環系統を備えている風力発電装置において、前記潤滑油循環系統に設置されて前記潤滑油を冷媒との熱交換により冷却する冷媒熱交換器と、前記冷媒を空気との熱交換により冷却する空冷熱交換器とを備え、前記空冷熱交換器をナセル内部空気と独立した領域に設けたことを特徴とするものである。
【００２１】
このような風力発電装置によれば、前記潤滑油循環系統に設置されて前記潤滑油を冷媒との熱交換により冷却する冷媒熱交換器と、前記冷媒を空気との熱交換により冷却する空冷熱交換器とを備え、前記空冷熱交換器をナセル内部空気と独立した領域に設けたので、空冷熱交換器の吸気としてナセル内機器等の熱影響を受けない外気をそのまま導入して熱交換させることができる。すなわち、空冷熱交換器の熱交換に使用する吸気温度を低下させ、空冷熱交換器内を流れる冷媒との温度差を大きくすることで、効率のよい熱交換が可能になる。
【００２２】
上述した第１及び第２の態様において、前記ナセル内部空気と独立した領域は、ナセル壁面に設けられた開口からナセル内部を連通するように形成された吸排気区画であることが好ましい。
この場合、前記吸排気区画内に断面積を変化させた消音室を設けることが好ましく、これにより、ナセル外部に漏れるファンの騒音を低減できる。また、前記吸排気区画内に設けられた空冷熱交換器の下部に、所定量の液滴を保持することができる液滴溜まり部を具えていることが好ましく、これにより、万が一空冷熱交換器から潤滑油や結露水等が漏れても、確実に回収することができる。
【００２３】
さらに、前記吸排気区画の壁面に断熱材を配置することが好ましく、これにより、排熱によりナセル内が昇温することを防止できる。
また、上記の発明において、前記吸気ダクトもしくは排気ダクトは分割方式であることが好ましく、これにより、現地施工や保守が容易になる。
【発明の効果】
【００２４】
上述した本発明によれば、風力発電装置のナセル内部に設置されて潤滑油を直接または間接的に冷却している空冷熱交換器は、外気をそのまま導入することにより吸気温度が低下するので、空冷熱交換機内を流れる潤滑油または冷媒の温度と吸気温度との間に大きな温度差を確保し、効率のよい熱交換を行うことができる。すなわち、空冷熱交換器の吸気としてナセル内機器等の熱影響を受けない外気をそのまま導入して熱交換させることができるようになり、空冷熱交換器の熱交換に使用する吸気温度を低下させ、空冷熱交換器内を流れる潤滑油や冷媒との温度差を大きくすることで、効率のよい熱交換が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る風力発電装置として、ナセル内の潤滑油循環系統に関する第１の実施形態を示す系統図である。
【図２】風力発電装置の概要を示す側面図である。
【図３】第１の実施形態に係る第１変形例を示す図で、吸気ダクトにオイル溜まりを設けた構成例が示されている。
【図４】第１の実施形態に係る第２変形例を示す図で、排気ダクトに断熱材を取り付けた構成例が示されている。
【図５】本発明に係る風力発電装置として、ナセル内の潤滑油循環系統に関する第２の実施形態を示す系統図である。
【図６】従来例の風力発電装置に係るナセル内の潤滑油循環系統を示す系統図である。
【図７】図６に示す吸入部の構成例を示す拡大断面図である。
【図８】従来例の風力発電装置に係るナセル内のインバータ冷却システムを示す系統図である。
【図９】従来例の風力発電装置に係るナセル内の発電機冷却システムを示す系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下では、本発明に係る風力発電装置について、その一実施形態を図面に基づいて説明する。
図２は、風力発電装置１の概要を示す側面図である。図示の風力発電装置１は、陸上もしくは海上の基礎Ｂ上に立設される風車用タワー（以下では「タワー」と呼ぶ）２と、タワー２の上端に設置されるナセル３と、略水平な横方向の回転軸線周りに回転可能に支持されてナセル３の前端部側に設けられるロータヘッド４とを有している。
【００２７】
ロータヘッド４には、その回転軸線周りに放射状にして複数枚（たとえば３枚）の風車翼５が取り付けられている。これにより、ロータヘッド４の回転軸線方向から風車翼５に当たった風の力が、ロータヘッド４を回転軸線周りに回転させる動力に変換されるようになっている。
ナセル３の外周面適所（たとえば上部等）には、周辺の風速値を測定する風速計や風向を測定する風向計等が設置されている。
【００２８】
すなわち、風力発電装置１は、風車翼５に風力を受けて略水平な回転軸線周りに回転するロータヘッド４がナセル３の内部に設置された発電機（不図示）を駆動して発電するとともに、ナセル３が基礎Ｂ上に立設されたタワー２の上端部に設置されて、旋回可能とされる。
【００２９】
＜第１の実施形態＞
以下では、本発明の第１の実施形態に係る風力発電装置１について、すなわち、ナセル３内の潤滑油循環系統について、図１を参照して詳細に説明する。
風力発電装置１は、ナセル３の内部に設置された機器類を潤滑油が循環して流れる閉回路の潤滑油循環系統１０Ａを備えている。この潤滑油循環系統１０Ａは、機械的な伝達装置を構成する主軸受け８及び増速機９等の回転部や摺動部等に潤滑油を供給し、潤滑及び摩擦熱の冷却を行っている。
【００３０】
上述した潤滑油循環系統１０Ａは、たとえば増速機９内に設けられた潤滑油貯蔵用のオイルタンク１１と、潤滑油を循環させるオイルポンプ１２Ａと、外気との熱交換により潤滑油を冷却するオイルクーラ（空冷熱交換器）１３とを備え、これらの機器を潤滑油配管１４で連結することにより、ナセル３の内部に閉回路の潤滑油循環流路を形成している。なお、図中の符号１３ａはオイルクーラファン、１５はオイルクーラ１３をバイパスして流れる潤滑油流路を形成するバイパス配管、１６はバイパス配管に設けられて潤滑油温度が所定値より低い状況で開くバイパス弁、１８はオイルタンク１１内の潤滑油を加熱するオイルヒータである。
【００３１】
図示の構成例では、オイルポンプ１２Ａはオイルタンク１１内に配置しているが、これに限定されることはない。また、オイルフィルタについては、図示が省略されているものの、適所に設置されている。
このように構成された潤滑油循環系統１０Ａは、通常の運転時にバイパス弁１６が閉じられている。しかし、潤滑油が低温で高粘度となり、オイルクーラ１３を通過する際に所定値を超える大きな圧力損失を生じる場合には、バイパス弁１６を開いてバイパス流路１５が開通する。また、オイルヒータ１８は、たとえば外気が寒冷状態にある場合など、潤滑油温度が所定温度より低い条件下で風力発電装置１を起動する場合に使用される。
【００３２】
上述した潤滑油循環系統１０Ａに設置されたオイルクーラ１３は、潤滑油を空気との熱交換により冷却する空冷熱交換器であり、通常はプレートフィンを用いた熱交換器が使用されている。本実施形態ではナセル内空気と独立した吸排気区画にオイルクーラ１３を配置するため、ナセル３の壁面の開口からナセル内を連通する吸気ダクト５１及び排気ダクト５２を設け、この吸気ダクト５１及び排気ダクト５２内にオイルクーラ１３を配置している。
この場合、専用の吸気ダクト５１は、オイルクーラ１３と熱交換して吸熱する外気がナセル内空気と直接混合や接触することなく導入される流路を意味し、専用の排気ダクト５２は、オイルクーラ１３を通過して吸熱した高温の外気（排気）がナセル内空気と直接混合や接触することなく排出される流路を意味している。なお、ダクト内でのオイルクーラ１３の配置は図示した形態に限らず、吸気側/排気側いずれによっていても構わないし、ダクト壁面に沿わせるように配置しても良い。
【００３３】
図示の構成例では、吸気ダクト５１が、オイルクーラ１３の下側、すなわちナセル３の後部下側に配置され、排気ダクト５２が、オイルクーラ１３の上側、すなわちナセル３の後部上側に配置されているが、本発明はオイルクーラの向きに限定されるものではない。
なお、ナセル３内におけるオイルクーラ１３の設置位置についても、ナセル３の後部に限定されることはなく、たとえばナセル３の前部に配置するなど、本発明はオイルクーラの設置場所に限定されることはない。
【００３４】
また、上述した吸気ダクト５１及び排気ダクト５２は、たとえば図３に示すように、ナセル３の壁面に開口する吸気口５１ａ及び排気口５２ａに対して、鳥などの飛来物がナセル３の内部へ侵入することを防止するため、簡易な金網５３ａ，５３ｂ等を取り付けておくことが好ましい。
【００３５】
このような風力発電装置１によれば、潤滑油循環系統１０Ａに設置されて潤滑油を空気との熱交換により冷却するオイルクーラ１３が、ナセル３の壁面に開口する専用の吸気ダクト５１及び排気ダクト５２内に配置されているので、オイルクーラ１３を通過して潤滑油を冷却する吸気として、ナセル３内に設置されている発熱機器等の熱影響を受けない外気をそのまま導入して熱交換させることができる。すなわち、オイルクーラ１３の熱交換に使用する吸気温度を実質的に外気温度まで低下させ、オイルクーラ１３内を流れる潤滑油の温度との間に大きな温度差を確保できるので、吸気温度と外気温度との温度差を無視できるようになり、効率のよい熱交換が可能になる。
また、吸排気ダクト５０には、除塩もしくは防塵フィルタ等の圧力損失部材がないため外気の圧力損失を低減でき、従って、オイルクーラファン１３ａの消費電力を抑制できる。
【００３６】
ところで、上述した実施形態の吸排気ダクト５０は、たとえば図３に示す第１変形例のように、吸気ダクト５１Ａまたは排気ダクト５２Ａに対し、オイルクーラ１３の下方となる位置にオイル溜まり５４を設けておくことが好ましい。このオイル溜まり５４は、オイルクーラ１３の下方となる吸排気ダクト５０に形成された凹部や曲がり部である。
このようなオイル溜まり５４が設けられていると、オイルクーラ１３から漏れた潤滑油はオイル溜まり５４に落下して回収される。こうして回収された潤滑油は、オイル溜まり５４の上流側及び下流側がともに高くなっているため、吸排気ダクト５０を通って外部へ流出するようなことはない。
なお、同様の目的で、オイル溜まり５４の下方にオイルパン５５を配置してもよく、さらに、オイル溜まり５４及びオイルパン５５を併用すれば、漏出した潤滑油の回収はより一層確実になる。
【００３７】
また、図３に示す第１変形例では、オイルクーラファン１３ａの騒音を低減するため、排気ダクト５２Ａの途中に流路断面積を拡大した消音室５６を設置している。この消音室５６は、風力発電装置１の設置環境等に応じて適宜設置されるものである。
また、図４に示す第２変形例では、排気ダクト５２に断熱材５７を取り付けて断熱処理を施してある。このような断熱処理は、オイルクーラ１３で吸熱した高温の排気熱により、ナセル３の内部温度が昇温することを防止できる。なお、断熱材５７は、オイルクーラ１３の上流側となる吸気ダクト５１に取り付ける構成も可能である。
【００３８】
また、図１のオイルクーラ１３は、オイルクーラファン１３ａを下流側に配置しているが、図４に示すように、上流側に配置してもよい。
また、図示のオイルクーラ１３は、外気の通過方向が鉛直方向になるよう水平方向にオイルクーラを設置されているが、外気の通過方向が水平となるよう垂直方向にオイルクーラを設置してもよい。
【００３９】
ところで、本実施形態の構成例では、主軸受け８と増速機９等に潤滑油を供給する潤滑油配管を１系統として１台のオイルクーラ１３を設置しているが、たとえば主軸受け８及び増速機９の潤滑油配管を分離して２系統としてもよいし、あるいは、オイルクーラ１３の台数を１台以上の複数台としてもよい。
また、本実施形態では、主軸受け８と増速機９の潤滑油配管のみを図示しているが、たとえば風車翼５のピッチ制御に油圧を使用する場合など、同様の潤滑油配管が設けられるため、この潤滑油配管に設置される図示しない熱交換器についても、上述した実施形態と同様の吸排気ダクト５０を備えた構成としてもよい。
【００４０】
また、排気ダクト５１及び吸気ダクト５２は、熱交換器のファンモータの交換や保守などの現地施工を容易にするため、分割方式にして接続部が外枠となる構造が望ましいのであるが、これに限定されることはない。ここで、一例として図１に示すダクト構造に好適な分割方式の具体例をあげると、オイルクーラ１３の上流側及び下流側を分割可能とすれば、オイルクーラ１３及びオイルクーラファン１３ａの現地施工が容易になる。
また、ナセル３の内部に設置される図示しない他の機器類については、すなわち、発電機やその他の電気機器（トランス２１、インバータ２２、制御盤）等については、その装置構成等について本発明は特に限定されることはない。
【００４１】
＜第２の実施形態＞
続いて、本発明に係る風力発電装置について、すなわち、ナセル３内の潤滑油循環系統について、第２の実施形態を図５に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態では、風力発電装置１がナセル３の内部に設置された機器類を潤滑する閉回路の潤滑油循環系統１０Ｂを備え、この潤滑油循環系統１０Ｂを循環して流れる潤滑油の冷却に、冷媒（中間冷媒）を用いた間接冷却が採用されている。
【００４２】
図示の間接冷却は、たとえば水等の冷媒を循環させる閉回路の冷媒循環系統６０を備えている。この冷媒循環系統６０は、冷媒を循環させる冷媒ポンプ６１と、冷媒が循環する流路を形成する閉回路の冷媒配管６２とを備えている。
冷媒配管６２は、冷媒ポンプ６１の下流側に配置された冷媒熱交換器６３と、空冷熱交換器６４とを通過して流れ、再度冷媒ポンプ６１に戻る閉回路の中間冷媒循環流路を形成している。なお、冷媒熱交換器６３及び空冷熱交換器６４を流れる冷媒の循環方向は、逆回りとしてもよい。
【００４３】
冷媒熱交換器６３は、潤滑油循環系統１０Ｂに設置されて潤滑油を冷媒との熱交換により冷却する熱交換器である。すなわち、冷媒熱交換器６３は、潤滑油循環系統１０Ｂを循環する潤滑油と冷媒循環系統６０を循環する冷媒との熱交換により、高温の潤滑油から冷媒が吸熱して冷却する熱交換器となる。従って、冷媒熱交換器６３は、冷媒循環系統６０に設置されている構成要素とすることもできる。
空冷熱交換器６４は、冷媒を空気との熱交換により冷却する熱交換器である。この空冷熱交換器６４は、上述した実施形態のオイルクーラ１３と同様に、専用の吸排気ダクト５０内に配置されている。すなわち、空冷熱交換器６４は、ナセル３の壁面に開口する専用の吸気ダクト５１及び排気ダクト５２を備えている。なお、図中の符号６４ａは、空冷熱交換器６４に外気を導入するクーラファンである。
【００４４】
このように、吸排気ダクト５０内に設置される空冷熱交換器６４は、ナセル３の内部機器による熱影響を受けない外気をそのまま導入し、この外気が冷媒熱交換器６３で温度上昇した冷媒から吸熱して冷却することができる。すなわち、空冷熱交換器６４の熱交換に使用する吸気温度を低下させ、空冷熱交換器６４内を流れる冷媒との温度差を大きくすることで、吸気温度と外気温度との温度差を無視できるようになり、効率のよい熱交換が可能になる。なお、この実施形態においても、排気ダクト５２に対して断熱処理を施すことが望ましい。
【００４５】
上述したように、本実施形態は、潤滑油循環系統１０Ｂに設置されて潤滑油を冷媒との熱交換により冷却する冷媒熱交換器６３と、冷媒を外気（空気）との熱交換により冷却する空冷熱交換器６４とを備え、ナセル内空気から独立した吸排気区画を形成するため、ナセル３の壁面の開口からナセル内を連通する吸排気ダクト５０を設けたものである。
すなわち、オイルクーラ１３が外気により直接冷却される上述した実施形態と異なり、外気で冷却した冷媒が潤滑油を冷却する間接冷却を採用している。そして、吸排気ダクト５０内に、間接冷却用の冷媒を冷却する空冷熱交換器６４を設置して効率のよう熱交換を可能にしている。なお、ダクト内での空冷熱交換器６４の配置は図示した形態に限らず、吸気側/排気側いずれによっていても構わないし、ダクト壁面に沿わせるように配置しても良い。
【００４６】
この実施形態においても、吸排気流路５０に除塩もしくは防塵フィルタ等の部材がないため圧力損失は小さいので、クーラファン６４ａの消費電力を抑制できる。
また、中間媒体（冷媒）として水を用いることにより、吸排気流路５０内に設置される空冷熱交換器６４を潤滑油が通過して流れることはなく、従って、冷媒熱交換器６３から潤滑油が漏れてもナセル３の内部に留めることができ、吸排気流路５０からナセル３の外部へ流出することを防止できる。
また、通常使用温度域で配管内を流れる流体の圧力損失は潤滑油より水の方が小さいので、潤滑油の循環流路長が短縮されたことにより、オイルポンプ１２Ａの容量を小さくすることができる。
なお、上述した冷媒循環系統６０は、たとえば図８に示したインバータ２２の冷却システム３０と一体化してもよい。
【００４７】
以下では、本発明による作用効果について、具体例を示して説明する。
一般に、増速機や主軸など摺動部や噛合部の寿命の観点から、潤滑油の温度は７０℃程度が上限温度である。たとえば夏期昼間を想定して外気温度を４０℃とし、ナセル内空気と外気との温度差を１０℃と仮定すれば、オイルクーラ１３の吸気温度は、外気からナセル３内に取り込んだ空気を吸気するため５０℃となり、潤滑油と吸気の入口における温度差は「７０℃−５０℃」から２０℃となる。
しかし、外気を直接オイルクーラ１３に吸気すれば、潤滑油と吸気の入口温度差は３０℃まで拡大するので、ナセル３内の空気を吸気している従来技術は、オイルクーラ１３に必要な伝熱面積が本実施形態と比較して約３３％大きくなる。すなわち、本実施形態を採用することにより、熱交換器の性能を有効に利用できるため、オイルクーラ１３に必要な伝熱面積を大幅に低減することが可能になる。
【００４８】
たとえば陸上に設置される風力発電装置１では、１機当たりの発電出力が２〜３ＭＷとなり、洋上設置の風力発電装置１では、１機当たりの発電出力が５〜６ＭＷに達する。風力発電装置１からの全熱損失は、定格発電電力の１０〜１５％であり、たとえば定格発電出力が６ＭＷの洋上風車の場合、全熱損失は６００〜９００ｋＷと非常に大きい。この全熱損失の内訳は装置構成により異なるが、一般的には増速機や主軸受けのオイルクーラ１３で３５％程度、その他トランス２１、インバータ２２及び補機で３０％程度といわれており、この様な状況でオイルクーラ１３に要求される冷却能力は２１０〜３１５ｋＷ程度となる。
【００４９】
図６に示した風力発電装置１の発電出力が２.５ＭＷ程度の場合、オイルクーラ１３で必要な冷却能力は１００ｋＷ程度であり、入口温度差を３５℃とすれば、交換熱量５０ｋＷのオイルクーラ１３が２台必要となる。交換熱力が５０ｋＷのオイルクーラ１３は、概ね幅１ｍ、高さ１ｍ、厚み９０ｍｍの寸法を必要とし、かつ、４ｍ３／ｓ程度の吸気量を必要とする。
【００５０】
これに対し、出力を６ＭＷに増大する風力発電装置１の場合、必要なオイルクーラ１３の冷却能力は３００ｋＷ程度に達する。このため、従来のナセル内吸気による潤滑油／ナセル内空気間の入口温度差を考慮すると、必要なオイルクーラ１３の寸法は、幅３ｍ、高さ３．５ｍ、厚み９０ｍｍとなり、必要な吸気量は４２ｍ３／ｓまで増大する。
この場合、オイルクーラ１３の寸法は、略ナセル３の垂直断面の面積に相当するような非常に大きなものとなり、この他にもナセル３内の発熱機器を冷却する空気が必要であるから、全ナセル内空気量は４５ｍ３／ｓ程度に増加する。
【００５１】
しかし、一般的にはガラリ６ａや、除塩及び防塵用のフィルタ６ｂが設けられている吸気部６を通過する外気の流速は、これらの圧力損失とダストによる吸気部６の詰まりを考慮すると２〜３ｍ／ｓ程度に制限される。このため、この場合に必要となるナセル吸気部面積は１５〜２２ｍ２程度と大きくなるが、この数字はナセル垂直断面面積の略２倍に相当することから、ナセル３の前面を全てナセル３の吸気部６にしても不足することを意味している。
【００５２】
従って、上述した本実施形態のように、直接外気を導入して熱交換器の有する性能を有効に利用すると、風力発電装置１の出力増大が容易になる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１    風力発電装置
２    タワー
３    ナセル
４    ロータヘッド
５    風車翼
６    吸気部
７    排気部
１０，１０Ａ，１０Ｂ    潤滑油循環系統
１１    オイルタンク
１２，１２Ａ    オイルポンプ
１３    オイルクーラ（空冷熱交換器）
１４    潤滑油配管
５０    吸排気ダクト
５１，５１Ａ    吸気ダクト
５２，５２Ａ    排気ダクト
５３ａ，５３ｂ    金網
５４    オイル溜まり
５７    断熱材
６０    冷媒循環系統
６１    冷媒ポンプ
６２    冷媒配管
６３    冷媒熱交換器
６４    空冷熱交換器
【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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