(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風を受けて回転するブレードと、前記ブレードの回転により発電する発電機と、前記ブレードを支持し前記発電機を収容するナセルと、前記ナセルを回転可能に支持するタワーを有する風力発電装置であって、
外気を導入する外気導入装置と、除湿器と、温度センサ及び相対湿度を計測する湿度センサ並びに、予め設定される温度閾値及び相対湿度閾値を保持する制御器を備え、
前記除湿器を稼働又は高機能運転すると共に、前記外気導入装置を停止又は低機能運転する第１の運転モードと、
前記除湿器を停止又は低機能運転すると共に、前記外気導入装置を稼働又は高機能運転する第２の運転モードを有し、
前記制御器は、
計測される相対湿度が前記相対湿度閾値以上の場合、前記第１の運転モードを設定し、
前記温度閾値は、第１の温度閾値と、前記第１の温度閾値より高い第２の温度閾値から構成され、前記計測される相対湿度が前記相対湿度閾値未満であり、前記計測される温度が前記第１の温度閾値以上前記第２の温度閾値未満の場合、前記第２の運転モードを設定し、前記計測される温度が前記第２の温度閾値以上の場合、前記ブレードのピッチ角を調整し前記ブレードの回転速度を低減することを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
風を受けて回転するブレードと、前記ブレードの回転により発電する発電機と、前記ブレードを支持し前記発電機を収容するナセルと、前記ナセルを回転可能に支持するタワーを有する風力発電装置であって、
外気を導入する外気導入装置と、除湿器と、温度センサ及び相対湿度を計測する湿度センサ並びに、予め設定される温度閾値及び相対湿度閾値を保持する制御器を備え、
前記除湿器を稼働又は高機能運転すると共に、前記外気導入装置を停止又は低機能運転する第１の運転モードと、
前記除湿器を停止又は低機能運転すると共に、前記外気導入装置を稼働又は高機能運転する第２の運転モードを有し、
前記制御器は、
計測される相対湿度が前記相対湿度閾値以上であり、計測される温度が前記温度閾値以上であって、前記計測される温度が、計測される相対湿度の関数として算出される温度閾値未満の場合、前記第１の運転モードを設定し、
前記計測される相対湿度が前記相対湿度閾値未満であり、前記計測される温度が前記温度閾値以上の場合、前記第２の運転モードを設定し、
前記計測される相対湿度が前記相対湿度閾値以上であり、前記計測される温度が前記温度閾値以上であって、前記計測される温度が、前記計測される相対湿度の関数として算出される温度閾値以上の場合、前記除湿器を稼働又は高機能運転すると共に、前記外気導入装置を稼働又は高機能運転する第３の運転モードを設定することを特徴とする風力発電装置。
【請求項３】
風を受けて回転するブレードと、前記ブレードの回転により発電する発電機と、前記ブレードを支持し前記発電機を収容するナセルと、前記ナセルを回転可能に支持するタワーを有する風力発電装置であって、
外気を導入する外気導入装置と、除湿器と、温度センサ及び相対湿度を計測する湿度センサ並びに、予め設定される温度閾値及び相対湿度閾値を保持する制御器を備え、
前記除湿器を稼働又は高機能運転すると共に、前記外気導入装置を停止又は低機能運転する第１の運転モードと、
前記除湿器を停止又は低機能運転すると共に、前記外気導入装置を稼働又は高機能運転する第２の運転モードを有し、
前記相対湿度閾値は、第１の相対湿度閾値と、前記第１の相対湿度閾値より低い第２の相対湿度閾値から構成され、
前記制御器は、
計測される相対湿度が前記第１の相対湿度閾値以上の場合、前記除湿器を稼働又は高機能運転し、その後計測される相対湿度が前記第２の相対湿度閾値に達したとき前記外気導入装置を停止又は低機能運転する前記第１の運転モードを設定し、
前記計測される相対湿度が前記第１の相対湿度閾値未満の場合、前記除湿器を停止又は低機能運転し、その後計測される相対湿度が前記第１の相対湿度閾値に達し且つ前記計測される温度が前記温度閾値以上の場合、前記第２の運転モードを設定することを特徴とする風力発電装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載の風力発電装置において、
前記外気導入装置と、前記除湿器と、前記温度センサと、前記湿度センサ及び前記制御器は、前記ナセル内に設置されることを特徴とする風力発電装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載の風力発電装置において、
前記外気導入装置と、前記除湿器と、前記温度センサと、前記湿度センサ及び前記制御器は、前記タワー内に設置されることを特徴とする風力発電装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載の風力発電装置において、
前記相対湿度閾値は、５０％から６０％の範囲内で設定されることを特徴とする風力発電装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載の風力発電装置において、
前記高機能運転は定格の約７０％以上であり、前記低機能運転は定格の５０％未満であることを特徴とする風力発電装置。
【請求項８】
請求項４に記載の風力発電装置において、
前記外気導入装置は、外気導入口と、前記外気導入口より導入される外気より塩分を除去するフィルタと、前記フィルタを通過した外気を前記ナセル内に導入するための電動ファンを備え、
前記外気導入口より流入する外気の流れに対し上流側より順に、前記外気導入装置、前記湿度センサ、前記除湿器、前記発電機、前記制御器、前記温度センサが配置されることを特徴とする風力発電装置。
【請求項９】
請求項５に記載の風力発電装置において、
前記タワー内に設置される変圧器及び電力変換器を空冷するための円筒状のダクトと、
前記ダクトの上端の開口部から上方へ所定の距離離間する位置に配置され、前記開口部より流出する空気流を前記タワーの内壁に沿って下方へ向かわせる整流板と、を有することを特徴とする風力発電装置。
【請求項１０】
請求項５に記載の風力発電装置において、
前記タワー内に設置される変圧器及び電力変換器を空冷するための円筒状のダクトと、
前記ダクトの内部であって、その上部に配置される円錐状の中空体からなるディフーザ
ーと、を有し、
前記ディフューザーより上方の前記ダクトの形状は、上方に向かうに従い口径が拡大する形状であって、前記ディフューザーは、一端が前記ダクトの内壁に固定され他端が前記ディフューザーの外周面に固定される複数の支持部材により支持されることを特徴とする風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナセルあるいはタワー内部の空気の温度、湿度を管理する機構を有する風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、風力発電装置は、ブレードにより回転するロータを、主軸を介して支持するナセルが、タワー上部に備えられた構成となっている。このナセルの内部には、ブレードの主軸の回転によって回転させられる発電機が備えられることが多い。発電機の好ましい回転数を得るために、ロータと発電機の間に増速機を配置して、発電機の回転数を増加させる構成とする場合もある。発電機によって発電された電気エネルギーは、電力変換器や変圧器を介して電力系統に供しうる電力に変換される。
【０００３】
発電機、増速機、電力変換器、変圧器等の機器は、風力発電装置に内蔵されるが、機器の損失を熱として発生させる。そのため、発生する熱を放散させ、機器を適正な温度で運転できるような冷却システムが必要である。最終的には風力発電装置外部の大気、あるいは水に熱を放散するべく、放熱器（ラジエータ）やファンを用いたシステムが用いられることが多い。
【０００４】
例えば、特許文献１には、ナセル内に、ロータの回転軸に固定される第１のファン、外気をナセル内部に導入するための電動ファン（第２のファン）を備え、発電機の稼働と共に第１のファンが作動し、発電機の停止時、ナセル内の湿度が高い際に第２のファンを起動し外気を導入する構成が記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、ナセル内の発電機を構成する筐体内に、ブラシ及びスリップリングと共に、湿度センサ、加湿器及び除湿器を配置する構成が開示されている。そして、ナセル内の湿度が設定値未満のとき加湿器を起動し、設定値以上で除湿器を起動しナセル内の湿度を管理することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３０１０９４号公報
【特許文献２】特開２０１３−２２１４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
外気を風力発電装置内部に導入する場合、導入する外気に含まれる塩分、湿分の管理が重要となってくる。特に近年拡大が進んでいる洋上に設置された風力発電装置においては、洋上という環境ゆえに塩分、湿分が多く含まれる外気を導入するケースが多く、それらが風力発電装置内部において、各種機器の腐食の原因となる可能性が高まる。
【０００８】
しかしながら、特許文献１の構成では、発電機停止時のみ電動ファンが起動される構成であり、本来、ナセル内が高温となる発電機の運転時において、ナセル内湿度を計測し電動ファンを起動するものでは無い。また、除湿器も備えていない。従って、発電機運転中における湿度及び温度等の空気質の管理は困難となる。
【０００９】
また、特許文献２の構成では、発電機内の湿度の管理はできるものの、外気導入による換気冷却と除湿器作動による発熱については、何ら考慮されておらず、発電機運転中における湿度及び温度等の空気質の管理は困難となる。
【００１０】
本発明は、風力発電装置内部に備える外気を導入する装置と除湿器の稼働を効果的に組み合わせることにより、高効率の空気質管理を可能とする風力発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明は、風を受けて回転するブレードと、前記ブレードの回転により発電する発電機と、前記ブレードを支持し前記発電機を収容するナセルと、前記ナセルを回転可能に支持するタワーを有する風力発電装置であって、外気を導入する外気導入装置と、除湿器と、温度センサ及び相対湿度を計測する湿度センサ並びに、予め設定される温度閾値及び相対湿度閾値を保持する制御器を備え、前記除湿器を稼働又は高機能運転すると共に、前記外気導入装置を停止又は低機能運転する第１の運転モードと、前記除湿器を停止又は低機能運転すると共に、前記外気導入装置を稼働又は高機能運転する第２の運転モードを有し、前記制御器は、相対湿度が前記相対湿度閾値以上の場合、前記第１の運転モードを設定し、前記温度閾値は、第１の温度閾値と、前記第１の温度閾値より高い第２の温度閾値から構成され、前記計測される相対湿度が前記相対湿度閾値未満であり、前記計測される温度が前記第１の温度閾値以上前記第２の温度閾値未満の場合、前記第２の運転モードを設定し、前記計測される温度が前記第２の温度閾値以上の場合、前記ブレードのピッチ角を調整し前記ブレードの回転速度を低減することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、風力発電装置内部の湿度管理と温度管理を効率よく行え、風力発電装置内部に設置される機器の腐食リスクを抑制することが可能となる。
【００１３】
また、例えば、風力発電装置内部に外気を導入する装置と除湿器の駆動を効率的に組み合わせることにより、低消費電力化が可能となり、高信頼な風力発電装置を実現できる。
【００１４】
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】
【００１５】
【図１】本発明の一実施例に係る実施例１の風力発電装置の全体概略図である。
【図２】図１に示す風力発電装置のナセル部の概略縦断面図である。
【図３】図２に示すナセル部分のＡ−Ａ断面矢視図である。
【図４】図２に示す制御器の機能ブロック図である。
【図５】実施例１の風力発電装置の除湿器及び外気導入装置の運転範囲を示すマップである。
【図６】実施例１の風力発電装置の除湿器及び外気導入装置の運転制御のフローチャートである。
【図７】実施例１の風力発電装置の発電出力制限運転を含む運転制御のフローチャートである。
【図８】本発明の他の実施例に係る実施例２の風力発電装置の除湿器及び外気導入装置の運転範囲を示すマップである。
【図９】実施例２の風力発電装置の除湿器及び外気導入装置の運転制御のフローチャートである。
【図１０】本発明の他の実施例に係る実施例３の風力発電装置の除湿器及び外気導入装置の運転制御のフローチャートである。
【図１１】本発明の他の実施例に係る実施例４の風力発電装置のタワー部の概略縦断面図である。
【図１２】本発明の他の実施例に係る実施例５の風力発電装置のタワー部の概略縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本明細書では、本発明の実施形態に係る風力発電装置を洋上に設置する場合を例に説明するが、これに限らず、例えば、山間部又は内陸の平野部等いずれの場所に設置する場合も同様である。また、以下では、ダウンウィンド型の風力発電装置を例に説明するが、アップウィンド型の風力発電装置においても同様に適用できる。
【００１７】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１に実施例１の風力発電装置の全体概略図を示す。図１に示すように、風力発電装置１は、海面１４下から洋上に突き出すよう基礎１３上に設置されたタワー９の頂部にナセル８を配置しており、ナセル８は、ブレード２とハブ（図示せず）を有するロータ３を軸支している。ロータ３は、主軸４、増速機５さらには高速軸６（増速機５の出力軸）を介して発電機７に接続されている。発電機７は、電力ケーブル（図示せず）によってタワー９の下部に内蔵された電力変換器１０及び変圧器１１等の電気品に電気的に接続される。増速機５は、例えば、複数のギア（歯車）を備え、ギア比により主軸４の回転角速度を増速し、発電機７へ増速後の回転角速度を伝達する。
【００１９】
風力発電装置１は、ダウンウィンド型の風力発電装置であることから、風下にロータ３の回転面を向けるようにナセル８が回転（ヨー制御）し、風のエネルギーによってブレード２が力を受け、ロータ３が回転する。ロータ３の回転は、増速機５及び高速軸６を介して発電機７に好適な回転数まで高めて、発電機７に伝達される。発電機７が回転することで発電された電気エネルギーは、電力変換器１０によって整流され、さらに変圧器１１によって電圧を調整し、電力系統（図示せず）に送られる。この際、発電機７、電力変換器１０及び変圧器１１等では、電流が流れる際の損失により、熱が発生する。また、増速機５からも損失が熱となって発生する。そして風力発電装置１は、発電機７及び増速機５の冷却のために冷却媒体（冷媒）として不凍液を混合した冷却水を用いており、その冷却水を導くラジエータ１５が設置される。ラジエータ１５は、ナセル８の内壁に支持され設置される。
【００２０】
図２に図１に示す風力発電装置１のナセル８部の概略縦断面図を示す。図２において、風の流れを矢印にて示している。図２に示すように、風は左側から右側に吹いており、ナセル８はブレード２が設置される側の反対側から風を受けている。すなわち、本実施例の風力発電装置１は、タワー９の下流側にブレード２が位置するダウンウィンド型である。ナセル８の風上側には、ラジエータ１５が、その吸込面が風上方向に向くように設置されている。ラジエータ１５は、発電機７、増速機５またはナセル８内に溜まった熱を冷却し、そこで発生した熱によって高温となった冷却水が流入し、外気に放熱する構成を有する。ラジエータ１５の風上側には、自然風（外気）を直接受け入れられるように開口したラジエータ用吸気口１６が設けられている。図２中、このラジエータ用吸気口１６の範囲を斜線にて示している。また、ラジエータ１５の風下側には、ラジエータ１５を通過した空気の流れをナセル８下方に向けて案内するよう第１の流路が形成されており、ナセル８下方へラジエータ１５を通過した空気をナセル８外へ流出させる上記第１の流路の出口であるラジエータ用排気口１７が設けられている。ラジエータ１５は流入する風に対向するように設置（ラジエータ用吸気口１６に対向するよう配置）され、ラジエータ１５のフィンの間を通った風はラジエータ用排気口１７へと導かれる。図２中、このラジエータ用排気口１７の範囲を斜線にて示している。ラジエータ用吸気口１６、ラジエータ１５及びラジエータ用排気口１７へと外気を案内する上記第１の流路は、流路壁２５により形成される。この流路壁２５によってラジエータ１５を通過した外気がナセル８の内部へ侵入することを防止する。
【００２１】
また、図２に示すように、流路壁２５には、ナセル８の風上側に配置したラジエータ１５の上流側にナセル８内に外気を導入して換気するための外気導入口１８ａが設けられている。また、流路壁２５上には、外気導入口１８ａより後方に、導入される外気から塩分を除去する塩害フィルタ１８ｂ及び第１の電動ファン１８ｃが設置される。これら、外気導入口１８ａ、塩害フィルタ１８ｂ及び第１の電動ファン１８ｃにて外気導入装置１８が構成される。ここで、外気導入口１８ａは、例えば、可動式のフラップにより構成され、後述する制御器１２からの制御信号により電動にてフラップ開度の調整あるいは開閉される。
【００２２】
ナセル８内に配置される発電機７及び増速機５の冷却はラジエータ１５を介して行なっているが、発電機７、増速機５の表面からの放熱や、軸受、その他電気機器(制御器１２等)からの放熱もあり、ナセル８内の雰囲気温度を上昇させる要因となっている。ナセル８内の温度を低下させるためには低温の外気をナセル８内に導入し、換気を促すことが効果的である。塩分を除去する塩害フィルタ１８ｂを介して清浄化された空気を強制的にナセル８内部に導入し空気流を形成することは、ナセル８内部の静圧を高めることになり、意図しない微小なナセル８の間隙から、未浄化の外気が侵入することを防ぐ点での効果も期待できる。
【００２３】
また、ナセル８の内部には、ナセル８内の空気の相対湿度を計測する湿度センサ１９、ナセル内温度を検知する温度センサ２０、ナセル８内の空気の除湿を行なう除湿器２１、及び、除湿器２１と外気導入装置１８等を制御する制御器１２を配置している。図２では制御器１２からの信号線は省略している。除湿器２１は、例えばヒートポンプ等が用いられ、除湿器２１の稼働により熱が放出される。従って、後述するように、外気導入装置１８による換気冷却と除湿器２１によるナセル８内部の除湿とはトレードオフの関係にある。よって、制御器１２により外気導入装置１８及び除湿器２１を最適に制御する必要がある。なお、外気導入装置１８を構成する塩害フィルタ１８ｂにおいて湿分を除去する機能を加えることも可能だが、ナセル８内部が比較的高湿度で外気温が低下した場合、ナセル８内部空気と接触する発電機７等の機器の表面温度が低下した際に、結露が発生することも考えられるため、導入する外気だけでなく、内部空気の湿度を調整することができる除湿器２１を設けている。
【００２４】
ここで、図３に図２に示すナセル８のＡ―Ａ断面矢視図を示す。図３に示すように、ナセル８内には、上記第１の流路を形成する流路壁２５に上端部が支持されるラジエータ１５、流路壁２５上に２つの塩害フィルタ１８ｂが配置されている。上述の外気導入口１８ａを形成する可動式フラップより流入する外気は、全て塩害フィルタ１８ｂ内に導入される。すなわち、流路壁２５は、上述のラジエータ用吸気口１６より流入し、ラジエータ１５を通過し、ラジエータ用排気口１７へと外気が流れる第１の流路と、外気導入口１８ａより流入し、塩害フィルタ１８ｂ及び第１の電動ファン１８ｃを介して塩分が除去された外気がナセル８内へと流れる第２の流路とを形成する。また、２つの塩害フィルタ１８ｂのナセル８内壁面と対向する両側面には、フィルタ交換用の間隙（図示せず）が設けられている。但し、このフィルタ交換用の間隙を介して、外気導入口１８ａより流入する外気がナセル８内部へ直接流入することはない。
【００２５】
図２に示す制御器１２は、各種プログラムを格納するＲＯＭ、各種プログラムの実行結果あるいは演算過程のデータを一時的に格納するＲＡＭあるいは外部記憶装置等のメモリ、ＲＯＭに格納されたプログラムを読み出し実行するＣＰＵ等のプロセッサ等により構成される。
【００２６】
図４に、図２に示す制御器１２の機能ブロック図を示す。制御器１２は、温度センサ２０により測定されるナセル８内部の温度を入力する温度計測値入力部１２０、湿度センサ１９により測定されるナセル８内部の相対湿度を入力する湿度計測値入力部１２１、予め設定され後述する運転モードの判定に供される湿度閾値を記憶する湿度閾値格納部１２２、及び予め設定され後述する運転モードの判定に供される温度閾値を記憶する温度閾値格納部１２３を備える。また、制御器１２は、内部バス１２６を介して温度計測値入力部１２０より読み出されるナセル８内部温度と、温度閾値格納部１２３に記憶された温度閾値を比較すると共に、同様に、内部バス１２６を介して湿度計測値入力部１２１より読み出されるナセル８内の相対湿度と湿度閾値格納部１２２に記憶された湿度閾値とを比較し、外気導入装置１８及び除湿器２１の運転モードを判定する運転モード判定部１２４を更に備える。運転モード判定部１２４により判定される運転モードに対応して、外気導入口１８ａを構成する可動式フラップの開度あるいは開閉、第１の電動ファン１８ｃ及び除湿器２１への運転指令を出力する運転モード切替え部１２５を、制御器１２は備えている。
【００２７】
以下、制御器１２による外気導入装置１８及び除湿器２１の運転制御について具体的に説明する。上述のように外気導入装置１８の機能の一つとして、ナセル８内部の換気冷却がある。しかし、外気をやみくもに導入することは、塩害フィルタ１８ｂの寿命を短くし、また、第１の電動ファン１８ｃの消費電力を上げてしまうだけでなく、水分を多く含む高湿の空気（外気）をナセル８内部に過剰に導入してしまうというデメリットがある。また、除湿器２１の機能は、ナセル８内部の湿度低減にあるが、一方で除湿器２１の運転は発熱を伴うため、ナセル８内の温度上昇を招く。このように、外気導入装置１８と除湿器２１は各々の機能を阻害しうるデメリットを有するため、双方を同時に運転しようとすると、各々が単独で運転した場合よりもその効果が抑制され、得られる効果に対して補機（外気導入装置１８、除湿器２１）電力を多く消費してしまうことになる。
【００２８】
このような観点から、本実施例では図５から図７に示す方法で、外気導入装置１８及び除湿器２１の運転、さらには風力発電装置１の出力制限を行なうことで、ナセル８内部の温度、湿度を効率よく最適な状況に維持する。
【００２９】
図５に、外気導入装置１８、除湿器２１、さらには風力発電装置１の出力制限に関する運転マップを示す。横軸が計測したナセル８内部の相対湿度、縦軸がナセル８内部の温度を示しており、各々の稼働範囲を斜線あるいは縦線のハッチングで示している。すなわち、ナセル８内部の相対湿度Ｈが、予め設定される湿度閾値である相対湿度Ｈ１以上の場合は除湿器２１を稼働し、外気導入装置１８を停止する。逆に、ナセル８内部の相対湿度Ｈが相対湿度Ｈ１未満の場合は除湿器２１を停止し、外気導入装置１８を稼働する。さらに外気導入装置１８は、ナセル８内の温度Ｔが、予め設定される第１の温度閾値である温度Ｔ１以上の場合に稼働し、温度Ｔ1未満の場合は停止する。また、第１の温度閾値である温度Ｔ１より高い第２の温度閾値である温度Ｔ２を予め設定し、ナセル８内の温度Ｔが、第２の温度閾値Ｔ２以上の場合は、さらに風力発電装置１の出力を、現在の風の状態から発電し得る電力よりも低く制限した運転（出力制限）とする。
【００３０】
ここで、除湿器２１の稼働・停止を決定する湿度閾値である相対湿度Ｈ１としては、機器の腐食リスクを抑制するという観点、過剰な除湿運転による電力消費の抑制という観点から、５０％から６０％の範囲で設定することが望ましく、４０％から６０％の範囲で設定しても良い。また、外気導入装置１８の稼働・停止を決定する第１の温度閾値である温度Ｔ１としては、当然ながら、Ｔ１は通常考えうる外気の最高温度よりも高めとなる。ナセル８内に設置される機器の動作保証という観点、過剰な外気導入による塩分・湿分の導入回避や電力消費の抑制という観点も考慮すると、４０℃から５０℃の範囲で設定することが望ましく、３５℃から５０℃の範囲で設定しても良い。また、風力発電装置１の出力制限の判定基準となる第２の温度閾値Ｔ２は、５０℃から５５℃の範囲で設定するのが望ましい。なお、湿度閾値としての相対湿度Ｈ１、第１の温度閾値Ｔ１及び第２の温度閾値Ｔ２は、風力発電装置１を設置する環境に応じて適宜設定すれば良い。
【００３１】
次に、図６に風力発電装置１の除湿器２１及び外気導入装置１８の運転制御を示すフローチャートを示す。
【００３２】
先ず、初期設定として、湿度閾値Ｈｔｈとして相対湿度Ｈ１、第１の温度閾値Ｔｔｈとして温度Ｔ１を設定する（ステップＳ１０）。設定された相対湿度Ｈ１は、制御器１２を構成する湿度閾値格納部１２２へ格納される。また、設定された第１の温度閾値Ｔ１は、制御器１２を構成する温度閾値格納部１２３へ格納される。
【００３３】
続いて、温度センサ２０によりナセル８内の温度Ｔ、湿度センサ１９によりナセル８内の相対湿度Ｈを測定する（ステップＳ１１）。測定された温度Ｔ及び相対湿度Ｈはそれぞれ、温度計測値入力部１２０、湿度計測値入力部１２１により制御器１２に取り込む。制御器１２を構成する運転モード判定部１２４は、内部バス１２６を介して湿度閾値格納部１２２より相対湿度Ｈ１を読み出し、湿度計測値入力部１２１により取り込まれた相対湿度Ｈと比較する（ステップＳ１２）。比較の結果、計測された相対湿度Ｈが湿度閾値である相対湿度Ｈ１以上の場合、運転モード切替え部１２５は除湿器２１へ運転指令として稼働指令（除湿器ＯＮ）を出力する（ステップＳ１３）。また、運転モード切替え部１２５は外気導入装置１８へ運転指令として停止指令（外気導入ＯＦＦ）を出力する（ステップＳ１７）。その後、ステップＳ１１へ戻る。
【００３４】
ステップＳ１２において、運転モード判定部１２４による比較結果が、計測された相対湿度Ｈが湿度閾値である相対湿度Ｈ１未満の場合、運転モード切替え部１２５は除湿器２１へ運転指令として停止指令（除湿器ＯＦＦ）を出力し、ステップＳ１５へ進む（ステップＳ１４）。ステップＳ１５では、運転モード判定部１２４は、内部バス１２６を介して温度閾値格納部１２３より第１の温度閾値Ｔ１を読み出し、温度計測値入力部１２０により取り込まれた温度Ｔと比較する（ステップＳ１５）。比較の結果、計測された温度Ｔが第１の温度閾値Ｔ１以上の場合、運転モード切替え部１２５は外気導入装置１８へ運転指令として稼働指令（外気導入ＯＮ）を出力（ステップＳ１６）し、ステップＳ１１へ戻る。ステップＳ１５において、運転モード判定部１２４による比較結果が、計測された温度Ｔが第１の温度閾値Ｔ１未満の場合、ステップＳ１７へ進み、運転モード切替え部１２５は外気導入装置１８へ停止指令（外気導入ＯＦＦ）を出力し、ステップＳ１１へ戻る。以上のとおり、制御器１２は、除湿器２１を稼働し外気導入装置１８を停止する第１の運転モードと、除湿器２１を停止し外気導入装置１８を稼働する第２の運転モードを、ナセル８内の相対湿度及び温度に基づき切替え制御する。
【００３５】
なお、本実施例においては、ナセル８内の湿度管理を優先し制御するものであるため、最初の閾値との比較処理において、運転モード判定部１２４が計測された相対湿度Ｈと湿度閾値であるＨ１との比較を実行する。
【００３６】
図６においては、制御器１２より除湿器２１及び外気導入装置８へ出力する運転指令を、「稼働指令」及び「停止指令」の２つの運転指令とする例を説明したが、これに限られない。例えば、「稼働指令」については、いわゆる「定格運転」又は「強運転」といった「高機能運転」、「停止指令」については、いわゆる「運転制限」又は「弱運転」といった「低機能運転」としても良い。ここで、「強運転」とは、例えば、定格の約７０％から１００％程度、「弱運転」とは、例えば、定格の約５０％未満を意味する。
【００３７】
次に、図７に発電出力制限運転を含む運転制御のフローチャートを示す。先ず、初期設定として、湿度閾値Ｈｔｈとして相対湿度Ｈ１、第１の温度閾値Ｔｔｈ１として温度Ｔ１、第２の温度閾値Ｔｔｈ２として温度Ｔ２を設定する（ステップＳ２０）。ここで、上述の図５において説明したように、温度Ｔ２＞温度Ｔ１の関係にある。設定された相対湿度Ｈ１は、制御器１２を構成する湿度閾値格納部１２２へ格納される。また、設定された第１の温度閾値Ｔ１及び第２の温度閾値Ｔ２は、温度閾値格納部１２３へ格納される。
【００３８】
続いて、温度センサ２０によりナセル８内の温度Ｔ、湿度センサ１９によりナセル８内の相対湿度Ｈを測定する（ステップＳ２１）。測定された温度Ｔ及び相対湿度Ｈはそれぞれ、温度計測値入力部１２０、湿度計測値入力部１２２により制御器１２に取り込む。ステップＳ２２では、運転モード判定部１２４は、内部バス１２６を介して温度閾値格納部１２３より第２の温度閾値Ｔ２を読み出し、温度計測値入力部１２０により取り込まれた温度Ｔと比較する（ステップＳ２２）。比較の結果、計測された温度Ｔが第２の温度閾値Ｔ２以上の場合、運転モード切替え部１２５は、風力発電装置１の発電出力自体を制限（縮退運転）する（ステップＳ２３）。なお、ここで、発電出力の制限は、例えば、ブレード２のピッチ角を調整し、ブレード２により風を受ける面積を縮小し、ブレード２の回転速度を低減することで実現される。ステップＳ２３による発電出力制限により、発電機７や増速機５からの発熱量を抑制することで、ナセル８内の温度の上昇を抑制することが可能となる。ステップＳ２２において、運転モード判定部１２４による比較結果が、計測された温度Ｔが第２の温度閾値Ｔ２未満の場合、出力制限をせずにステップＳ２４へ進む。
【００３９】
次に、運転モード判定部１２４は、内部バス１２６を介して湿度閾値格納部１２２より相対湿度Ｈ１を読み出し、湿度計測値入力部１２１に取り込まれた相対湿度Ｈと比較する（ステップＳ２４）。比較の結果、計測された相対湿度Ｈが湿度閾値である相対湿度Ｈ１以上の場合、運転モード切替え部１２５は除湿器２１へ稼働指令（除湿器ＯＮ）を出力する（ステップＳ２５）。また、運転モード切替え部１２５は外気導入装置１８へ停止指令（外気導入ＯＦＦ）を出力する（ステップＳ２９）。その後、ステップＳ２１へ戻る。
【００４０】
ステップＳ２４において、運転モード判定部１２４による比較結果が、計測された相対湿度Ｈが相対湿度Ｈ１未満の場合、運転モード切替え部１２５は除湿器２１へ停止指令（除湿器ＯＦＦ）を出力し、ステップＳ２７へ進む（ステップＳ２６）。運転モード判定部１２４は、温度閾値格納部１２３より第１の温度閾値Ｔ１を読み出し、計測された温度Ｔと比較する（ステップＳ２７）。比較の結果、計測された温度Ｔが第１の温度閾値Ｔ１以上の場合、運転モード切替え部１２５は外気導入装置１８へ稼働指令（外気導入ＯＮ）を出力し（ステップＳ２８）、ステップＳ２１へ戻る。ステップＳ２７において、運転モード判定部１２４による比較結果が、計測された温度Ｔが第１の温度閾値Ｔ１未満の場合、ステップＳ２９へ進み、運転モード切替え部１２５は外気導入装置１８へ停止指令（外気導入ＯＦＦ）を出力し、ステップＳ２１へ戻る。
【００４１】
以上のとおり、制御器１２は、除湿器２１を稼働し外気導入装置１８を停止する第１の運転モードと、除湿器２１を停止し外気導入装置１８を稼働する第２の運転モードと、風力発電装置１の発電出力制限とを、ナセル８内の相対湿度及び温度に基づき切替え制御する。
【００４２】
ここで図２に戻り、湿度センサ１９、温度センサ２０、除湿器２１の配置について説明する。図２に示すように、ナセル８上流側の外気導入口１８ａ、塩害フィルタ１８ｂ、第１の電動ファン１８ｃを介して、外気がナセル８内に入る。その後は、湿度センサ１９、除湿器２１、発電機７、増速機５、温度センサ２０の順に、空気が流れ、ナセル８外へと流出する。図２において、除湿器２１の外表面を流れる空気は、ナセル８とタワー９との間隙を介してナセル８外へ流出する。また、タワー９内へ流入する空気は、タワー９に設けられた排気口（図２では図示せず）を介してタワー９外へ流出する。
【００４３】
ナセル８内の空気の温度、湿度は空間的に分布を持っているため、除湿器２１、外気導入装置１８の運転制御に用いるためにそれらの目的にあった場所で計測することが必要である。
【００４４】
湿度計測については、内部機器の腐食のリスクを避けるために行なうため、比較的高湿度であるところで計測するのが良い。また、ナセル８内の空気の温度が高くなると相対湿度は低下するため、低温のところで計測するのが望しく、より正確な運転モードの判定が可能となる。このため、ナセル８内部の空気の流れにおいて上流側で湿度センサ１９による湿度計測をした方が良く、特に、制御対象となる除湿器２１の上流にあるのが望ましい。さらに除湿器２１は、除湿した低湿度の空気を、腐食リスクを抱えた発電機７あるいは制御器１２に供給するため、ナセル８内部の空気の流れに対し、発電機７あるいは制御器１２よりも上流側にあるのが望ましい。
【００４５】
一方、温度計測については、ナセル８内部の高温を避けるために行なうため、比較的高温であるところで計測するのが良い。このため、温度センサ２０は発電機７あるいは制御器１２といった発熱体としての性質をもつ機器よりも下流側に配置するのが望ましく、より正確な運転モードの判定が可能となる。
【００４６】
すなわち、空気の流れに対し、湿度センサ１９、除湿器２１、発電機７あるいは制御器１２、温度センサ２０という順に配置することが、最適な配置となる。
【００４７】
本実施例によれば、図６に示す除湿器２１及び外気導入装置１８の運転制御、すなわち、計測されるナセル８内の相対湿度及び温度に基づき、第１の運転モードと第２の運転モードを切替えることにより、風力発電装置１内部の湿度管理と温度管理を効率よく行うことが可能となる。また、風力発電装置１内部に設置される機器の腐食リスクを抑制することが可能となる。
【００４８】
また、本実施例によれば、図７に示す除湿器２１及び外気導入装置１８の運転制御に加え、発電出力の制限を行うことにより、発電機７や増速機５からの発熱量が抑制され、ナセル８内の温度の上昇を抑制することができる。これにより、除湿器２１及び外気導入装置１８による電力消費の低減が可能となり、高信頼な風力発電装置を実現できる。
【００４９】
なお、発電出力の制限については必ずしも必要ではなく、運転制御に発電出力の制限を加えれば更に低消費電力化が図られるという付加的な効果が達成できる。
【実施例２】
【００５０】
図８に本発明の他の実施例である実施例２の風力発電装置の除湿器及び外気導入装置の運転マップを示し、図９に実施例２の風力発電装置における除湿器及び外気導入装置の運転制御フローを示す。本実施例では、ナセル内の相対湿度及び温度範囲において、除湿器と外気導入装置を共に稼働する運転制御領域を設けた点が実施例１と異なる。その他の構成、すなわち、風力発電装置１、ナセル８内の構造等は、図１から図４に示す構造と同一であるため、以下では説明を省略する。
【００５１】
図８に、外気導入装置１８、除湿器２１、さらに風力発電装置１の出力制限に関する運転マップを示す。横軸が計測したナセル８内部の相対湿度、縦軸がナセル８内部の温度を示しており、各々の稼働範囲を斜線、縦線あるいはドッド状のハッチングで示している。すなわち、ナセル８内部の温度Ｔが、予め設定される第１の温度閾値Ｔ１以上第２の温度閾値Ｔ２未満であり、且つ、ナセル８内部の相対湿度Ｈが予め設定される湿度閾値である相対湿度Ｈ１未満の領域では、除湿器２１を停止し、外気導入装置１８を稼働する。
【００５２】
また、ナセル８内部の温度Ｔが、第１の温度閾値Ｔ１以上第２の温度閾値Ｔ２未満であり、且つ、ナセル８内部の相対湿度Ｈが湿度閾値である相対湿度Ｈ１以上の領域では、図８に示すように、関数ｆ（Ｔ）＝ａｆ（Ｈ）で定義される境界を境に、除湿器２１及び外気導入装置１８の運転制御が異なる。すなわち、ｆ（Ｔ）≧ａｆ（Ｈ）の領域では、除湿器２１及び外気導入装置１８を共に稼働する。ｆ（Ｔ）＜ａｆ（Ｈ）の領域では、除湿器２１を稼働し、外気導入装置１８を停止する。換言すれば、計測した相対湿度Ｈの関数として温度閾値ａｆ（Ｈ）を算出し、計測された温度Ｔが温度閾値ａｆ（Ｈ）以上の場合には、除湿器２１及び外気導入装置１８を共に稼働する。また、計測された温度Ｔが温度閾値ａｆ（Ｈ）未満の場合には、除湿器２１を稼働し、外気導入装置１８を停止する。なお、ナセル８内部の温度Ｔが第１の温度閾値Ｔ１未満であり、且つ、ナセル８内部の相対湿度Ｈが湿度閾値である相対湿度Ｈ１以上の領域では、除湿器２１を稼働し、外気導入装置１８を停止する。また、ナセル８内部の温度Ｔが第１の温度閾値Ｔ１未満で、ナセル８内部の相対湿度Ｈが湿度閾値である相対湿度Ｈ１未満の領域では、除湿器２１及び外気導入装置１８は共に停止される。
【００５３】
ナセル８内部の温度Ｔが第２の温度閾値Ｔ２以上の領域では、ナセル８内部の相対湿度Ｈの如何に依らず、風力発電装置１の出力を、現在の風の状態から発電し得る電力よりも低く制限した運転（出力制限）とする。
【００５４】
なお、湿度閾値である相対湿度Ｈ１は、実施例１と同様に、機器の腐食リスクを抑制するという観点、過剰な除湿運転による電力消費の抑制という観点から、５０％から６０％の範囲に設定するのが望ましく、４０％から６０％の範囲に設定しても良い。また、第１の温度閾値Ｔ１は、実施例１と同様に、４０℃から５０℃の範囲で設定することが望ましく、３５℃から５０℃の範囲で設定しても良い。第２の温度閾値Ｔ２は、実施例１と同様に５０℃から５５℃の範囲で設定するのが望ましい。但し、風力発電装置１を設置する環境によっては、高温多湿あるいは低温低湿等、様々な環境が存在するため、湿度閾値としての相対湿度Ｈ１、第１の温度閾値Ｔ１及び第２の温度閾値Ｔ２は、設置環境の状況を考慮し適宜設定すれば良い。
【００５５】
ここで、関数ｆ（Ｔ）＝ａｆ（Ｈ）は、図４に示す湿度閾値格納部１２２または温度閾値格納部１２３の何れかに格納される。また、本実施例では、関数ｆ（Ｔ）＝ａｆ（Ｈ）により境界を規定したがこれに限られず、例えば、ステップ状の波形にて境界を規定しても良い。
【００５６】
次に、図９に本実施例の風力発電装置における除湿器及び外気導入装置の運転制御フローを示す。先ず、初期設定として、湿度閾値Ｈｔｈとして相対湿度Ｈ１、第１の温度閾値Ｔｔｈ１として温度Ｔ１、第２の温度閾値Ｔｔｈ２として温度Ｔ２を設定する（ステップＳ３０）。第１の温度閾値Ｔｔｈ１と第２の温度閾値Ｔｔｈ２とは、Ｔ２＞Ｔ１の関係にある。設定された相対湿度Ｈ１は、図４に示す湿度閾値格納部１２２へ格納される。設定された第１の温度閾値Ｔ１及び第２の温度閾値Ｔ２は、温度閾値格納部１２３へ格納される。このとき、上述の関数ｆ（Ｔ）＝ａｆ（Ｈ）は、湿度閾値格納部１２２又は温度閾値格納部１２３の何れかへ格納される。
【００５７】
温度センサ２０によりナセル８内の温度Ｔ、湿度センサ１９によりナセル８内の相対湿度Ｈを測定する（ステップＳ３１）。測定された温度Ｔ及び相対湿度Ｈはそれぞれ、温度計測値入力部１２０、湿度計測値入力部１２１により制御器１２に取り込む。運転モード判定部１２４は、温度閾値格納部１２３より第２の温度閾値Ｔ２を読み出し、温度計測値入力部１２０により取り込まれた温度Ｔと比較する（ステップＳ３２）。比較の結果、計測された温度Ｔが第２の温度閾値Ｔ２以上のとき、運転モード切替え部１２５は、風力発電装置１の発電出力自体を制限（縮退運転）する（ステップＳ３３）。ステップＳ３２にて、計測された温度Ｔが第２の温度閾値Ｔ２未満のとき、出力制限をせずにステップＳ３４へ進む。
【００５８】
次に、運転モード判定部１２４は、内部バス１２６を介して湿度閾値格納部１２２より湿度閾値である相対湿度Ｈ１を読み出し、湿度計測値入力部１２１により取り込まれた相対湿度Ｈと比較する（ステップＳ３４）。比較の結果、計測された相対湿度Ｈが相対湿度Ｈ１未満の場合、運転モード切替え部１２５は、除湿器２１へ停止指令（除湿器ＯＦＦ）を出力する（ステップＳ３６）。
【００５９】
ステップＳ３４にて、計測された相対湿度Ｈが相対湿度Ｈ１以上の場合、ステップＳ３５へ進む。運転モード判定部１２４は、温度閾値格納部１２３より第１の温度閾値Ｔ１を読み出し、温度計測値入力部１２０より取り込まれた温度Ｔと比較する（ステップＳ３５）。比較の結果、計測された温度Ｔが第１の温度閾値Ｔ１未満のときステップＳ３６へ進む。また、計測された温度Ｔが第１の温度閾値Ｔ１以上のときステップＳ３７へ進む。
【００６０】
ステップＳ３７では、運転モード判定部１２４は、湿度閾値格納部１２２又は温度閾値格納部１２３より関数ｆ（Ｔ）＝ａｆ（Ｈ）を読み出し、計測された相対湿度Ｈ及び温度Ｔに基づきｆ（Ｔ）≧ａｆ（Ｈ）か否か判定する。判定結果が「否」の場合、運転モード切替え部１２５は、除湿器２１へ稼働指令（除湿器ＯＮ）を出力する（ステップＳ３８）。また、ステップＳ３７での判定結果がｆ（Ｔ）≧ａｆ（Ｈ）を満たすとき、運転モード切替え部１２５は、除湿器２１及び外気導入装置１８へ稼働指令（外気導入ＯＮ及び除湿器ＯＮ）を出力し（ステップＳ３９）、その後、ステップＳ３１へ戻る。
【００６１】
一方、ステップＳ３６にて、運転モード切替え部１２５が除湿器２１へ停止指令（除湿器ＯＦＦ）出力後、ステップＳ４０へ進む。
【００６２】
ステップＳ４０では、運転モード判定部１２４が、温度閾値格納部１２３より第１の温度閾値Ｔ１を読み出し、計測された温度Ｔと比較する。比較の結果、計測された温度Ｔが第１の温度閾値Ｔ１以上のとき、運転モード切替え部１２５は外気導入装置１８へ稼働指令（外気導入ＯＮ）を出力し（ステップＳ４１）、ステップＳ３１へ戻る。
【００６３】
ステップＳ４０において、計測された温度Ｔが第１の温度閾値Ｔ１未満のときステップＳ４２へ進み、運転モード切替え部１２５は外気導入装置１８へ停止指令（外気導入ＯＦＦ）を出力し、ステップＳ３１へ戻る。
【００６４】
以上のとおり、制御器１２は、除湿器２１を稼働し外気導入装置１８を停止する第１の運転モードと、除湿器２１を停止し外気導入装置１８を稼働する第２の運転モードと、除湿器２１及び外気導入装置１８を共に稼働する第３の運転モードと、風力発電装置１の発電出力制限とを、ナセル８内の相対湿度及び温度に基づき切替え制御する。
【００６５】
なお、本実施例では、第３の運転モードにおいて、除湿器２１及び外気導入装置１８を共に稼働することにより、除湿器２１の稼働による発熱によりナセル８内部の温度は上昇するものの、外気導入装置１８の稼働による換気冷却が行われるため、ナセル８内部の温度上昇を低減できる。これにより、ナセル８内部の湿度管理及び温度管理を最適に実行することが可能となる。
【００６６】
本実施例によれば、実施例１の効果に加え、新たに第３の運転モードを設けることにより、更に、ナセル８内部の湿度管理及び温度管理を最適に行うことが可能となる。
【実施例３】
【００６７】
図１０は、本発明の他の実施例に係る実施例３の風力発電装置の除湿器及び外気導入装置の運転制御フローチャートである。実施例１及び実施例２において、湿度閾値として１つの相対湿度Ｈ１、また、温度閾値として第１の温度閾値Ｔ１及び第２の温度閾値Ｔ２（Ｔ１＜Ｔ２）を用いて運転制御を実行したのに対し、本実施例では、湿度閾値としての相対湿度を第１の相対湿度Ｈ１及び第２の相対湿度Ｈ２（Ｈ２＜Ｈ１）、温度閾値として第１の温度閾値Ｔ１、第２の温度閾値Ｔ２に加え、第３の温度閾値Ｔ３（Ｔ３＜Ｔ１＜Ｔ２）を用いて運転制御する点が異なる。その他、風力発電装置１、ナセル８の内部構成など、図１から図４に示す構成は、実施例１及び実施例２と同一であるため以下では説明を省略する。
【００６８】
以下、図１０を用いて本実施例の制御器１２による運転制御について説明する。先ず、初期設定として、第１の湿度閾値Ｈｔｈ１として相対湿度Ｈ１、第２の湿度閾値Ｈｔｈ２として相対湿度Ｈ２、第１の温度閾値Ｔｔｈ１として温度Ｔ１、第２の温度閾値Ｔｔｈ２として温度Ｔ２、第３の温度閾値Ｔｔｈ３として温度Ｔ３を設定する（ステップＳ５０）。ここで、相対湿度Ｈ１、第１の温度閾値Ｔ１及び第２の温度閾値Ｔ２は、実施例１及び実施例２における値と同一である。第１の相対湿度Ｈ１及び第２の相対湿度Ｈ２は、Ｈ２＜Ｈ１の関係にある。また、第１の温度閾値Ｔ１、第２の温度閾値Ｔ２及び第３の温度閾値Ｔ３は、Ｔ３＜Ｔ１＜Ｔ２の関係にある。設定された第１の相対湿度Ｈ１及び第２の相対湿度Ｈ２は、湿度閾値格納部１２２に格納される。また、設定された第１の温度閾値Ｔ１、第２の温度閾値Ｔ２及び第３の温度閾値Ｔ３は、温度閾値格納部１２３へ格納される。
【００６９】
次に、温度センサ２０によりナセル８内部の温度Ｔ、湿度センサ１９によりナセル８内部の相対湿度Ｈを測定する（ステップＳ５１）。測定された温度Ｔ及び相対湿度Ｈはそれぞれ、温度計測値入力部１２０、湿度計測値入力部１２１により制御器１２に取り込む。運転モード判定部１２４は、湿度閾値格納部１２２より第１の相対湿度Ｈ１を読み出し、湿度計測値入力部１２１より取り込まれた相対湿度Ｈと比較する（ステップＳ５２）。比較の結果、計測された相対湿度Ｈが第１の相対湿度Ｈ１以上のとき、運転モード切替え部１２５は除湿器２１へ稼働指令（除湿器ＯＮ）を出力する（ステップＳ５３）。除湿器２１の稼働によりナセル８内部の相対湿度は時間と共に低下し、ステップＳ５２にて比較した第１の相対湿度Ｈ１を下回る。但し、この時点では、直ちに外気導入装置１８への制御を行わない。その後、運転モード判定部１２４により、計測された相対湿度Ｈが湿度閾値格納部１２２より読み出された第２の相対湿度Ｈ２と等しいことが検出される（ステップＳ５４）と、運転モード切替え部１２５は、外気導入装置１８へ停止指令（外気導入ＯＦＦ）を出力する（ステップＳ６０）。
【００７０】
一方、ステップＳ５２にて、運転モード判定部１２４により、計測された相対湿度Ｈが第１の相対湿度Ｈ１未満であることが検出されると、運転モード切替え部１２５は除湿器２１へ停止指令（除湿器ＯＦＦ）を出力する（ステップＳ５５）。除湿器２１の停止により、ナセル８内部の相対湿度が外部環境との関係から上昇し、運転モード判定部１２４により、計測された相対湿度Ｈが湿度閾値格納部１２２に格納された第１の相対湿度Ｈ１と等しいことが検出される（ステップＳ５６）。その後、運転モード判定部１２４は、計測されたナセル８内部の温度Ｔと温度閾値格納部１２３より読み出された第１の温度閾値Ｔ１を比較する（ステップＳ５７）。比較の結果、計測された温度Ｔが第１の温度閾値Ｔ１以上のとき、運転モード切替え部１２５は外気導入装置１８へ稼働指令（外気導入ＯＮ）を出力する（ステップＳ５８）。外気導入装置１８の稼働による換気冷却により、ナセル８内部の温度Ｔは次第に低下し、ステップＳ５７にて比較した第１の温度閾値Ｔ１を下回る。但し、この時点では、直ちに外気導入装置１８を停止することはない。その後、運転モード判定部１２４により、ナセル８内の温度が第３の温度閾値Ｔ３と等しいことが検出される（ステップＳ５９）と、ステップＳ５１へ戻る。
【００７１】
また、ステップＳ６０により、外気導入装置１８が停止されると、ナセル８内部の換気冷却は行われないため、ナセル８内部の温度は次第に上昇する、運転モード判定部１２４により、ナセル８内部の温度Ｔが第３の温度閾値Ｔ３と等しいことが検出される（ステップＳ６１）と、ステップＳ５１へ戻る。
【００７２】
また、ステップＳ５７にて、運転モード判定部１２４による比較の結果、計測されたナセル８内部の温度Ｔが第１の温度閾値Ｔ１未満のとき、ステップＳ６０へ進み、運転モード切替え部１２５は外気導入装置１８へ停止指令（外気導入ＯＦＦ）を出力し、その後、運転モード判定部１２４により、ナセル８内部の温度Ｔが第３の温度閾値Ｔ３と等しいことが検出される（ステップＳ６１）と、ステップＳ５１へ戻る。
【００７３】
以上のとおり、外気導入装置１８においては、ナセル８内部の温度Ｔが第１の温度閾値Ｔ１以上となった場合に稼働し、ナセル８内部の温度Ｔが第３の温度閾値Ｔ３を下回るところまで運転した後に、停止する。また、除湿器２１においては、ナセル８内部の相対湿度Ｈが第１の相対湿度Ｈ１以上となった場合に稼働し、ナセル８内部の相対湿度Ｈが第２の相対湿度Ｈ２を下回るところまで運転した後に、停止する。
【００７４】
このように除湿器２１や外気導入装置１８を稼働させる値（第１の相対湿度Ｈ１、第１の温度閾値Ｔ１）と停止させる値（第２の相対湿度Ｈ２、第３の温度閾値Ｔ３）を分け、停止させる値を稼働させる値より低い値とすることで、除湿器２１及び外気導入装置１８の運転切り替えが微妙な値で頻繁に繰り返されることを回避でき、ナセル８内部の温度・湿度をある範囲で適正に保ちつつ、除湿器２１と外気導入装置１８の故障のリスクを抑制することが期待できる。
【００７５】
なお、第１の湿度閾値である第１の相対湿度Ｈ１は、実施例１と同様に、機器の腐食リスクを抑制するという観点、過剰な除湿運転による電力消費の抑制という観点から、５０％から６０％の範囲に設定するのが望ましく、第２の相対湿度Ｈ２は４０％から５０％の範囲に設定することが好ましい。また、第１の温度閾値Ｔ１は、実施例１と同様に、４０℃から５０℃の範囲で設定することが望ましく、第３の温度閾値Ｔ３は、３５℃から４０℃の範囲で設定することが好ましい。但し、風力発電装置１を設置する環境によっては、高温多湿あるいは低温低湿等、様々な環境が存在するため、湿度閾値としての第１の相対湿度Ｈ１、第２の相対湿度Ｈ２、第１の温度閾値Ｔ１、第２の温度閾値Ｔ２及び第３の温度閾値Ｔ３は、設置環境の状況を考慮し適宜設定すれば良い。なお第２の温度閾値Ｔ２については、実施例１と同様に設定すれば良い。なお、本実施例においては、第２の温度閾値Ｔ２を用いて発電出力の制限（縮退運転）を行うステップを省略しているが、図７又は図９に示すように含めても良い。
【００７６】
本実施例によれば、実施例１の効果に加え、過度の運転モードの切替えを抑制することが可能となる。
【実施例４】
【００７７】
図１１は、本発明の他の実施例に係る実施例４の風力発電装置のタワー部の概略縦断面である。実施例１から実施例３においては、ナセル８内部に外気導入装置１８、除湿器２１及び制御器１２を設置する構成とした。本実施例では、外気導入装置１８及び除湿器２１をタワー９内に設置する構成とした点が異なる。
【００７８】
図１１では、タワー９内には、電力変換器１０、変圧器１１、さらには電力ケーブル（図示せず）などが収容されている。これらは風力発電装置１によって発電した電力を、電力系統に供給しうるように、電力変換器１０によって整流し、さらに変圧器１１によって電圧を調整している。風力発電装置１が稼働し発電している際には、それらの機器の損失分を熱として発生させるため、その冷却機構が必要となる。ここでは、電力変換器１０及び変圧器１１の冷却のため、タワー９内の空気を循環させる例えば円筒状のダクト２２及び第２の電動ファン２３を設置する例を示す。
【００７９】
図１１に示すように、タワー９内部には、上下方向に空気を循環させる例えば円筒状のダクト２２が配されており、ダクト２２には第２の電動ファン２３が設置されている。タワー９下部に配される変圧器１１に設けられた放熱板１１ａは、ダクト２２の下方端内に収容されている。第２の電動ファン２３を駆動することにより、放熱板１１ａに空気流を接触させ冷却する。さらに上方において、ダクト２２は、電力変換器１０の空気流路１０ａと接続されている。空気流路１０ａとの接続部は、ダクト２２に設置された第２の電動ファン２３の下方に位置する。これにより電力変換器１０を構成する、例えばＩＧＢＴ等のパワー半導体素子を冷却した空気流は、上記接続部を介してダクト２２内を下方より上方へと流れる空気流に合流する。
【００８０】
ダクト２２の上端の開口部から所定の距離離間する位置に整流板２６が設けられている。整流板２６は平面形状が、例えば、円板状あるいは矩形状であり、対向するダクト２２の上端の開口部を覆うことが可能な大きさを有する。整流板２６は、一端がタワー９の内壁に固定され、他端が整流板２６の外周部又は外縁部に接続される整流板用支持部材２７により支持されている。第２の電動ファン２３の駆動により、ダクト２２の上端の開口部より流出する高温になった空気流は、整流板２６に衝突し、流れの向きがタワー９の内壁面へと向かうよう偏向される。そして、高温の空気流はタワー９の内壁面に沿って下降する。下降する高温の空気流は、タワー９の壁面を介して外気に熱を放出する。
【００８１】
また、タワー９下部には風力発電装置１外の空気を取り入れる外気導入口１８ａが形成されており、塩分を除去する塩害フィルタ１８ｂ及び第１の電動ファン１８ｃと共に外気導入装置１８を構成している。外気導入装置１８の近傍には湿度センサ１９及び除湿器２１が設置され、タワー７上方には温度センサ２０が設置されている。また、外気導入装置１８により導入された空気流は、ダクト２２内を通流しタワー９内部を循環する。タワー９の上部壁面には排気口２４が設けられ、電力変換器１０及び変圧器１１の換気冷却に供された空気流は排気口２４よりタワー９の外部へと放出される。
【００８２】
図１１では、制御器１２の図示を省略しているが、制御器１２は、例えば、除湿器２１が設置される床面あるいは、電力変換器１０が設置される床面の何れかに設置される。温度センサ２０及び湿度センサ１９により計測されるタワー９内の温度及び相対湿度に基づく、制御器１２による除湿器２１及び外気導入装置１８の運転制御は、上述の実施例１から実施例３の何れかと同様に実行されるものであるため、ここでは説明を省略する。
【００８３】
上述の実施例１から実施例３においては、内部の空気質を管理する対象をナセル８としたが、本実施例では、内部の空気質を管理する対象をタワー９としたものである。タワー９内の空気流は、基本的には、タワー９下部からダクト２２を介してタワー９上方へ流れ、その後、整流板２６により折り返され、タワー９内壁に沿って下降する循環方式であり、そのうちの一部が低温のまま導入される外気と置換されることになる。実施例１から実施例３の場合と同様、導入される外気は湿度が高い可能性があるため、タワー９内へ導入直後の湿度センサ１９で計測した相対湿度の値によって除湿器２１の運転制御を行ない、タワー９内部を低湿度に保つ。温度センサ２０は、発熱体である変圧器１１や電力変換器１０の近傍、あるいはダクト２２におけるその下流側（図１１における上側）に設置すると、高温による機器の異常動作や損傷を避ける目的に対して安全側に立った計測が可能である。あるいは、タワー９下部には保守作業等のために作業員が出入りするドア（図示せず）が設置されている場合が多く、そこでの作業環境を守るという観点では、タワー９上方から熱を外部に放出しながら下降してきた空気が、ドアあるいは外気導入装置１８からの外気が合流する直前に温度センサ２０を設置し、温度計測しても良い。
【００８４】
上記のような構成および運転制御により、上述の実施例１から実施例３でナセル８に対する効率の良い空気質（温度、湿度）の管理をタワー９内部においても得られることになる。
【００８５】
本実施例によれば、計測されるタワー９内の相対湿度及び温度に基づき、実施例１と同様に、第１の運転モードと第２の運転モードを切替えることにより、風力発電装置１を構成するタワー９内部の湿度管理と温度管理を効率よく行うことが可能となる。また、タワー９内部に設置される電力変換器１０及び変圧器１１等の機器の腐食リスクを抑制することができる。
【００８６】
また、本実施例によれば、タワー９内部に設置される外気導入装置１８及び除湿器２１を実施例３と同様に運転制御することにより、過度の運転モードの切替えを抑制することが可能となる。
【実施例５】
【００８７】
図１２に本発明の他の実施例に係る実施例５の風力発電装置のタワー部の概略縦断面図を示す。実施例４では、ダクト２２の上端部の開口部に対向するよう整流板２６を配する構成としたのに対し、本実施例では、ダクト２２の上端部の開口部をラッパ状に形成し、ダクト２２内部の第２の電動ファン２３の上方にディフューザー２８を配する構成とした点が実施例４と異なる。その他、タワー９内部に配される外気導入装置１８、除湿器２１、電力変換器１０及び変圧器１１等の各機器の配置は、実施例４と同様である。
【００８８】
図１２に示すように、円筒状のダクト２２の上部であって、第２の電動ファン２３より上方に、下向きの円錐状の中空体あるいはコーン形状のディフューザー２８が、ダクト２２内に設置されている。ディフューザー２８のダクト２２内での固定は、一端がダクト２２の内壁面に固定され、他端がディフューザー２８の外周面に固定されるディフューザー用支持部材２９により支持される。例えば、棒状のディフューザー用支持部材２９を、円筒状のダクト２２内で１２０°間隔にて３体配置し、３点支持する構成を有する。なお、３点支持に限らず、４点以上で支持する構成としても良い。但し、ダクト２２内を上方へと通流する空気流に対する流路抵抗を低減する観点からは、可能な限り使用するディフューザー用支持部材２９の本数を低減することが望ましい。
【００８９】
また、図１２に示すように、ディフューザー２８の上端部より上方のダクト２２の形状は、上方に向かうに従い口径が拡大するラッパ状の形状を有する。これにより、ダクト２２の下部より上方へと流れる空気流は、空気流路１０ａを介してダクト２２内に流入する電力変換器１０を冷却後の空気と合流し、第２の電動ファン２３より上方へとダクト２２内を流れる。第２の電動ファン２３を通過後の空気流は、ディフューザー２８の外周面に沿って流れる。すなわち、空気流はダクト２２の内壁面側を流れ、その後、ラッパ状に口径が拡大するダクト２２の内壁面に沿って、ダクト２２の上端部の開口部より流出する。ダクト２２の上端部の開口部より流出する高温の空気流は、その後タワー９の内壁面へと向かい、タワー９の内壁面に沿って下降する。下降する高温の空気流は、タワー９の壁面を介して外気に放熱しつつタワー９内の下方へと下降する。本実施例では、その他の構成は実施例４と同様であるため、説明を省略する。
【００９０】
本実施例によれば、実施例４と比較し、ダクト２２の上端部より流出する高温の空気流をタワー９内で循環させる際に、実施例４におけるような整流板２６への高温の空気流の衝突を必要とせず、比較的緩やかな旋回流にてタワー９内での循環流を形成することができる。
【００９１】
また、本実施例によれば、実施例４と同様の効果を得ることができる。
【００９２】
以上、本発明の実施例について説明してきたが、上記に示した実施例はあくまでも例に過ぎず、本発明を限定するものではない。例えば、被冷却対象として、発電機７や電力変換器１０、変圧器１１等を例示したが、これに限定されるものではなく、外気を導入する外気導入装置１８と除湿器２１の運転制御に関して同様に行えば、所望の効果が得られるものであり、本発明の意図する範囲内のものである。
【００９３】
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、他の実施例の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００９４】
１・・・風力発電装置、２・・・ブレード、３・・・ロータ、４・・・主軸、５・・・増速機、６・・・高速軸、７・・・発電機、８・・・ナセル、９・・・タワー、１０・・・電力変換器、１０ａ・・・空気流路、１１・・・変圧器、１１ａ・・・放熱板、１２・・・制御器、１３・・・基礎、１４・・・海面、１５・・・ラジエータ、１６・・・ラジエータ用吸気口、１７・・・ラジエータ用排気口、１８・・・外気導入装置、１８ａ・・・外気導入口、１８ｂ・・・塩害フィルタ、１８ｃ・・・第１の電動ファン、１９・・・湿度センサ、２０・・・温度センサ、２１・・・除湿器、２２・・・ダクト、２３・・・第２の電動ファン、２４・・・タワー用排気口、２５・・・流路壁、２６・・・整流板、２７・・・整流板用支持部材、２８・・・ディフューザー、２９・・・ディフューザー用支持部材、１２０・・・湿度計測値入力部、１２１・・・温度計測値入力部、１２２・・・湿度閾値格納部、１２３・・・温度閾値格納部、１２４・・・運転モード判定部、１２５・・・運転モード切替え部、１２６・・・内部バス
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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