(57)【要約】【課題】タワー内での循環空気を利用して密閉式で水冷する。【解決手段】本発明の洋上風車１は、タワー４及びその基礎５からなるタワー構造体６と、タワーの頂部に支持されたロータ２と、ロータの回転により発電する発電機と、発電機の出力電力を変換する電力変換装置７とを備え、タワー内及び基礎内に空洞が形成され、タワー内の空洞及び基礎内の空洞からなるタワー構造体の内部空間が、隔壁５ａにより上室Ａと下室Ｂとに分けられ、電力変換装置が上室に設置され、隔壁に、第１通気孔５ｂと、第２通気孔５ｃとが形成され、電力変換装置から第１通気孔を通って下室へ、さらに下室から第２通気孔を通って電力変換装置へ空気を循環させる空気循環路及び送風装置（例えば排気ファン８）を備える。吸気口１０ａを排気口９ａより下に配置するか、吸気口１１ａと排気口９ａとの間に仕切り部材１２を設ける。【選択図】図１
2011122524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タワー及びその基礎からなるタワー構造体と、
前記タワーの頂部に支持されたロータと、
前記ロータの回転により発電する発電機と、
前記発電機の出力電力を変換する電力変換装置とを備え、
前記タワー内及び前記基礎内に空洞が形成され、
前記タワー内の空洞及び前記基礎内の空洞からなる前記タワー構造体の内部空間が、前記タワーと前記基礎との境又は前記タワー内又は前記基礎内で隔壁により上室と下室とに分けられ、
前記電力変換装置が前記上室に設置され、
前記隔壁に、第１通気孔と、第２通気孔とが形成され、
前記電力変換装置から前記第１通気孔を通って前記下室へ、さらに前記下室から前記第２通気孔を通って前記電力変換装置へ空気を循環させる空気循環路及び送風装置を備える洋上風車。
【請求項２】
前記下室から吸気して前記第２通気孔へ空気を導く吸気ダクトを備え、
前記吸気ダクトの前記下室内に開口する吸気口が前記空気循環路における前記下室への排気口より下に配置された請求項１に記載の洋上風車。
【請求項３】
前記空気循環路における前記下室への排気口と、前記下室からの吸気口との間を仕切り、前記排気口側から前記吸気口側への通気を前記排気口及び前記吸気口より下方へ迂回させる仕切り部材が前記下室に設けられた請求項１に記載の洋上風車。
【請求項４】
前記電力変換装置からの排気を、前記第１通気孔を通して前記下室に導くダクトを備える請求項１から請求項３のうちいずれか一に記載の洋上風車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、洋上風車に係り、特に電力変換装置の冷却に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、風力発電のために洋上に設置する風車が開発されている。
洋上風車には、基端を水中の底に着床させた着床式洋上風車のほか、基端に設けた浮体の浮力により洋上に浮かばされて支持される浮体式洋上風車がある。
【０００３】
特許文献１に記載の風車は、ナセル内の発電機及びタワー底部に置かれた整流器、変圧器を冷却するために、タワーを二重壁構造として外壁と内壁との間にナセル内とタワー底部とを繋ぐ循環冷却路を形成し、この冷却路を循環する空気が発電機や整流器、変圧器から吸熱する一方、外壁を介して外気と熱交換して放熱する冷却システムを採用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５０４５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の風車内の冷却システムは洋上でも有効と考えられるが、洋上風車に特化した技術でなく、タワー内での循環空気を利用するものの、外気との熱交換を冷却原理としており、水冷を原理とするものではなかった。
【０００６】
本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、タワー内での循環空気を利用して密閉式で水冷することができる洋上風車を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、タワー及びその基礎からなるタワー構造体と、
前記タワーの頂部に支持されたロータと、
前記ロータの回転により発電する発電機と、
前記発電機の出力電力を変換する電力変換装置とを備え、
前記タワー内及び前記基礎内に空洞が形成され、
前記タワー内の空洞及び前記基礎内の空洞からなる前記タワー構造体の内部空間が、前記タワーと前記基礎との境又は前記タワー内又は前記基礎内で隔壁により上室と下室とに分けられ、
前記電力変換装置が前記上室に設置され、
前記隔壁に、第１通気孔と、第２通気孔とが形成され、
前記電力変換装置から前記第１通気孔を通って前記下室へ、さらに前記下室から前記第２通気孔を通って前記電力変換装置へ空気を循環させる空気循環路及び送風装置を備える洋上風車である。
【０００８】
請求項２記載の発明は、前記下室から吸気して前記第２通気孔へ空気を導く吸気ダクトを備え、
前記吸気ダクトの前記下室内に開口する吸気口が前記空気循環路における前記下室への排気口より下に配置された請求項１に記載の洋上風車である。
【０００９】
請求項３記載の発明は、前記空気循環路における前記下室への排気口と、前記下室からの吸気口との間を仕切り、前記排気口側から前記吸気口側への通気を前記排気口及び前記吸気口より下方へ迂回させる仕切り部材が前記下室に設けられた請求項１に記載の洋上風車である。
【００１０】
請求項４記載の発明は、前記電力変換装置からの排気を、前記第１通気孔を通して前記下室に導くダクトを備える請求項１から請求項３のうちいずれか一に記載の洋上風車である。
【００１１】
なお、前記基礎は水中の底に着床するか浮体とされる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、タワー内の空洞及びその基礎内の空洞からなるタワー構造体の内部空間が、タワーと基礎との境又はタワー内又は基礎内で隔壁により上室と下室とに分けられ、電力変換装置が上室に設置され、隔壁に第１通気孔と第２通気孔とが形成され、電力変換装置から第１通気孔を通って下室へ、さらに下室から第２通気孔を通って電力変換装置へ空気を循環させる空気循環路及び送風装置を備えるので、電力変換装置から吸熱した空気を下室へ導き、当該空気を下室外部の主に水との間で外壁を介して熱交換させて放熱冷却し、これにより冷却された空気を電力変換装置へ循環させて、当該電力変換装置をタワー構造体内での循環空気を利用して密閉式で水冷することができるという効果がある。
したがって、下室の全部又は下方の一部を水面下に配置することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る洋上風車の一部透視側面模式図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る洋上風車の一部透視側面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。
【００１５】
〔第１実施形態〕
まず、本発明の第１実施形態につき図１を参照して説明する。
図１に示すように本洋上風車１は、風車のロータ２と、ナセル３と、タワー４及びその基礎５からなるタワー構造体６と、電力変換装置７と、排気ファン８と、排気ダクト９と、吸気ダクト１０とを備える。
【００１６】
ナセル３はタワー４の頂部に水平回転自在に支持される。ロータ２は、ナセル３に回転自在に支持される。ロータ２の主軸がナセル３に回転自在に支持されており、ロータ２の主軸に増速機、発電機が連結される。増速機、発電機はナセル３内に設置されている。
ロータ２が風Ｗを受けて回転すると、増速機を介して発電機が回転され発電が行われる。電力変換装置７は、発電機の出力を所定の電圧、周波数の電力に変換する。電力変換装置７としては、インバータやトランスが該当する。
【００１７】
タワー４内及び基礎５内には空洞が形成される。基礎５は、浮体又は水中の底に着床する基礎であるが、いずれにしても水及び空気を遮断するように密閉された空洞が形成される。基礎５はその上部が海水面Ｓ上に位置する一方、下部が海水面Ｓ下に浸水する。
タワー４が基礎５上に立設され、タワー４の下端はタワー４内への水及び空気の侵入を防ぐように隙間なく基礎５の上端に接合される。タワー４の上端は、ナセル３を回転自在にするベアリングを介してナセル３に接続される。
【００１８】
本実施形態においては、基礎５の上端壁である隔壁５ａにより、タワー４内の空洞及び基礎５内の空洞からなるタワー構造体６の内部空間が、タワー４と基礎５との境で上室Ａと下室Ｂとに分けられる。したがって、タワー４内の空洞がそのまま上室Ａ、基礎５内の空洞がそのまま下室Ｂに相等する。
これに拘わらず、タワー４内の空洞と基礎５内の空洞とを繋げ、上室と下室とを分ける隔壁をタワー４内又は基礎５内に設けても良い。
電力変換装置７が上室Ａの下部に設置される。電力変換装置７はメンテナンス作業性を考慮すると水面よりも上方に配置されるのが好ましい。本実施形態においては基礎５の上端壁５ａと下室Ｂの上部が水面よりも上方に位置する。
【００１９】
隔壁５ａに、第１通気孔５ｂと、第２通気孔５ｃとが形成されている。
以上の構造において、電力変換装置７から第１通気孔５ｂを通って下室Ｂへ、さらに下室Ｂから第２通気孔５ｃを通って電力変換装置７へ空気を循環させる空気循環路及び送風装置を構成する。
そのために本実施形態においては、電力変換装置７の内部の空気を排出する排気ファン８が上記送風装置として電力変換装置７に付設される。この送風装置の設置位置は、上記空気循環路上のいずれの箇所でもよいことは勿論である。また、排気ファン８に加えて、吸気ダクト１０に付設される吸気ファン等の他の送風装置を付加してもよいことも勿論である。
【００２０】
そして、第１通気孔５ｂには、排気ファン８の排気口に上端を接続する排気ダクト９が挿入される。排気ダクト９の下端は下室Ｂに開口する。したがって、排気ダクト９は、電力変換装置７からの排気を第１通気孔５ｂを通して下室Ｂに導く。この下室Ｂに開口する排気ダクト９の下端開口は、上記空気循環路における下室Ｂへの排気口９ａとなる。
【００２１】
一方、第２通気孔には、下室Ｂから吸気して第２通気孔５ｃへ空気を導く吸気ダクト１０が挿入される。吸気ダクト１０の下室Ｂ内に開口する吸気口１０ａは、排気口９ａより下に配置されている。吸気ダクト１０の上端部は、第２通気孔５ｃに挿入されて第２通気孔５ｃに接続されている。吸気ダクト１０は、第２通気孔５ｃまで空気を導けばよい、そして、その導かれた空気が上室Ａに導かれればよい。したがって、吸気ダクト１０の上端開口が第２通気孔５ｃに接続されれば足りる。それに限らず、吸気ダクト１０を上室Ａに突出させても良いし、吸気ダクト１０を電力変換装置７の吸気口に接続しても良い。
【００２２】
以上の構成を有する本実施形態の洋上風車１によれば、排気ファン８を稼動させると、電力変換装置７内で加熱された空気が、排気ダクト９により導かれて下室Ｂに放出される。下室Ｂに放出された高温の空気Ｈは、基礎５周囲の海水へ矢印Ｔで示すように放熱し冷却される。この放熱により低温化した空気ほど下室Ｂ内の低位に下がる。
下室Ｂ内の低位に下がってきた空気が吸気口１０ａから吸気ダクト１０内に吸気され吸気ダクト１０内を上り、上室Ａに冷気Ｃが放出される。
上室Ａに放出された冷気Ｃが排気ファン８の吸引力により電力変換装置７内に吸気され、電力変換装置７を冷却する。電力変換装置７内で加熱された空気が以上の循環を繰り返す。
【００２３】
以上のように電力変換装置７から吸熱した空気を下室Ｂへ導き、当該空気を下室Ｂ外部の主に水との間で基礎５の外壁を介して熱交換させて放熱冷却し、この放熱冷却された空気を電力変換装置７へ循環させる。これにより、電力変換装置７をタワー構造体６内での循環空気を利用して密閉式で水冷することができる。密閉式であるので、本風車１内部への塩分、水分等の侵入が防がれる。
【００２４】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態につき図２を参照して説明する。
上記第１実施形態にあっては、吸気ダクト１０の下室Ｂ内に開口する吸気口１０ａが下室Ｂへの排気口９ａより下に配置することにより、下室Ｂ内で冷却された空気を吸気口１０ａから吸引した。これに対し本実施形態の洋上風車２０は、下室Ｂへの排気口９ａと、下室Ｂからの吸気口１１ａとの間を仕切る仕切り部材１２を設けて同様の作用効果を得るものである。
【００２５】
図２に示すように本実施形態の吸気ダクト１１は、上記第１実施形態の吸気ダクト１０と異なり、下端が短くされていて、吸気ダクト１１の下端の吸気口１１ａは、排気ダクト９の下端の排気口９ａと同じ高さに配置されている。
仕切り部材１２は、排気口９ａと吸気口１１ａとの間に配置される。
仕切り部材１２の上辺は隔壁５ａに接合し、仕切り部材１２の両側辺は下室Ｂの内側壁に接合する。仕切り部材１２の下辺は下室Ｂの内底面Ｂ１から離間されている。
したがって、仕切り部材１２の排気口９ａ側から仕切り部材１２の吸気口１１ａ側への通気は、仕切り部材１２の下辺と下室Ｂの内底面Ｂ１との間を通って、排気口９ａ及び吸気口１１ａより下方へ迂回することとなる。
【００２６】
図２においては、排気口９ａと吸気口１１ａとを同じ高さに配置しているが、異なった高さに配置してもよいし、吸気ダクト１０を省略して第２通気孔５ｃを残しておき、従って第２通気孔５ｃの下室Ｂへの下端開口を下室Ｂからの吸気口としてもよい。いずれにしても、排気口９ａ及び吸気口１１ａより低位置まで下室Ｂを排気口９ａ側と吸気口１１ａ側とに、仕切り部材１２によって仕切ればよい。これにより、排気口９ａ及び吸気口１１ａより下方へ通気を迂回させることができるからである。
【００２７】
排気口９ａ及び吸気口１１ａより下方へ通気を迂回させることができればよいから、仕切り部材の下辺を下室Ｂの内底面Ｂ１に着けた上で、仕切り部材の排気口９ａ及び吸気口１１ａより低い部位に通気孔を設けても良い。
しかしながら、迂回はできるだけ低位まで行わせることが好ましい。したがって、排気口９ａ側から吸気口１１ａ側への通気部（本実施形態にあっては仕切り部材１２の下辺と内底面Ｂ１との間）を下室Ｂ内の底部空間に配置する。
以上説明した構成以外については、本発明の洋上風車２０は上記第１実施形態の洋上風車１と同一の構成を有し、同一の構成は同一の符号で示す。
【００２８】
以上の構成を有する本実施形態の洋上風車２０によれば、排気ファン８を稼動させると、電力変換装置７内で加熱された空気が、排気ダクト９により導かれて下室Ｂに放出される。下室Ｂに放出された高温の空気Ｈは、仕切り板１２を下方へ迂回しつつ、基礎５周囲の海水へ矢印Ｔで示すように放熱し冷却される。この放熱により低温化した空気ほど下室Ｂ内で、少なくとも仕切り板１２がある位置までは低位に下がる。
仕切り板１２より低位に下がってきた空気が、吸気口１１ａからの吸引力に助力されて、仕切り板１２の下を回って上昇し、吸気口１１ａから吸気ダクト１１内に吸気され吸気ダクト１１内を上り、上室Ａに冷気Ｃが放出される。
上室Ａに放出された冷気Ｃが排気ファン８の吸引力により電力変換装置７内に吸気され、電力変換装置７を冷却する。電力変換装置７内で加熱された空気が以上の循環を繰り返す。
【００２９】
本実施形態によっても、電力変換装置７から吸熱した空気を下室Ｂへ導き、当該空気を下室Ｂ外部の主に水との間で基礎５の外壁を介して熱交換させて放熱冷却し、この放熱冷却された空気を電力変換装置７へ循環させる。これにより、電力変換装置７をタワー構造体６内での循環空気を利用して密閉式で水冷することができる。密閉式であるので、本風車２０内部への塩分、水分等の侵入が防がれる。
【符号の説明】
【００３０】
１     洋上風車（第１実施形態）
２０   洋上風車（第２実施形態）
２     ロータ
３     ナセル
４     タワー
５     基礎
５ａ   隔壁
５ｂ   第１通気孔
５ｃ   第２通気孔
６     タワー構造体
７     電力変換装置
８     排気ファン
９     排気ダクト
１０   吸気ダクト
１１   吸気ダクト
１２   仕切り部材
【図１】
2011122524.tif 000003
【図２】
2011122524.tif 000004