(57)【要約】【課題】風力発電装置のラジエータの冷却効率を向上させ、ラジエータの体格を小さくすることを可能にするための技術を提供する。【解決手段】風力発電装置１が、風車ロータ４と、風車ロータ４を支持するナセル３と、ナセル３の外に設けられたラジエータ７と、ディフューザ８とを具備する。ラジエータ７は、風力発電装置１の上流からディフューザ８によって形成される負圧領域に空気が流れ込む経路に設けられている。【選択図】図２Ａ
2013167229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車ロータと、
前記風車ロータを支持するナセルと、
前記ナセルの外に設けられたラジエータと、
ディフューザ
とを具備する風力発電装置であって、
前記ラジエータが、当該風力発電装置の上流から前記ディフューザによって形成される負圧領域に空気が流れ込む経路に設けられた
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、
前記ディフューザは、前記ナセルと対向するように設けられる第１ディフューザ部材を備え、
前記第１ディフューザ部材の前記ナセルに対向する面と前記ナセルとで挟まれる領域に、前記風車ロータの回転軸に垂直な第１断面及び第２断面を、前記第２断面が前記第１断面よりも前記ラジエータを通過する空気の流れの下流側に位置するように規定した場合に、前記第２断面の面積が前記第１断面の面積よりも大きい
風力発電装置。
【請求項３】
請求項２に記載の風力発電装置であって、
前記第１ディフューザ部材は、
第１本体部分と、
前記第１本体部分の下流側において前記第１本体部分に接合された第１つば部
とを備え、
前記第１つば部は、前記第１本体部分から前記ナセルの反対方向に折り曲げられた
風力発電装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の風力発電装置であって、
前記第１ディフューザ部材と前記ラジエータの間に隙間が設けられた
風力発電装置。
【請求項５】
請求項２に記載の風力発電装置であって、
前記第１ディフューザ部材と前記ラジエータの間に隙間が設けられ、
前記第１ディフューザ部材は、前記第１ディフューザ部材の前記ナセルに対向する面と前記風車ロータの回転軸を含む鉛直面の交線が前記ナセルと反対方向に滑らかに湾曲するように湾曲された
風力発電装置。
【請求項６】
請求項２乃至５のいずれかに記載の風力発電装置であって、
前記第１ディフューザ部材の前縁の近傍が前記ナセルの反対方向に湾曲された
風力発電装置。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の風力発電装置であって、
前記ディフューザは、前記ラジエータに流れ込む前記空気の流れの方向に対して前記ラジエータの横方向に位置し、前記ラジエータを挟んで互いに対向する第２及び第３ディフューザ部材を備え、
前記第２ディフューザ部材は、前記第３ディフューザ部材に対向する第１面を有し、
前記第３ディフューザ部材は、前記第２ディフューザ部材に対向する第２面を有し、
前記第１面及び前記第２面で挟まれる領域に、前記風車ロータの回転軸に垂直であるような第３断面及び第４断面を、前記第４断面が前記第３断面よりも前記ラジエータを通過する空気の流れの下流側に位置するように規定した場合に、前記第４断面の面積が前記第３断面の面積よりも大きい
風力発電装置。
【請求項８】
請求項３に記載の風力発電装置であって、
前記第２ディフューザ部材は、
第２本体部分と、
前記第２本体部分の下流側において前記第２本体部分に接合された第２つば部
とを備え、
前記第３ディフューザ部材は、
第３本体部分と、
前記第３本体部分の下流側において前記第３本体部分に接合された第３つば部
とを備え、
前記第２つば部は、前記第２本体部分から前記第３ディフューザ部材の反対方向に折り曲げられ、
前記第３つば部は、前記第３本体部分から前記第３ディフューザ部材の反対方向に折り曲げられた
風力発電装置。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の風力発電装置であって、
前記第２ディフューザ部材と前記ラジエータの間に隙間が設けられ、
前記第３ディフューザ部材と前記ラジエータの間に隙間が設けられた
風力発電装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の風力発電装置であって、
前記第２ディフューザ部材と前記ラジエータの間に隙間が設けられ、
前記第３ディフューザ部材と前記ラジエータの間に隙間が設けられ、
前記第２ディフューザ部材は、前記第２ディフューザ部材の前記第１面と前記風車ロータの回転軸を含む鉛直面の交線が前記第３ディフューザ部材と反対方向に滑らかに湾曲するように湾曲され、
前記第３ディフューザ部材は、前記第３ディフューザ部材の前記第２面と前記風車ロータの回転軸を含む鉛直面の交線が前記第２ディフューザ部材と反対方向に滑らかに湾曲するように湾曲された
風力発電装置。
【請求項１１】
請求項１乃至３、７、又は８のいずれかに記載の風力発電装置であって、
前記ナセルと前記ラジエータの間に隙間が設けられた
風力発電装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれかに記載の風力発電装置であって、
前記ナセルは、
前部と
前記前部の下流側に位置する後部
とを具備し、
前記ラジエータは、前記後部の、前記前部の高さよりも低い高さの位置に接合された
風力発電装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれかに記載の風力発電装置であって、
前記ナセルには、前記ナセルの内部からのナセル排気を排出するナセル排気口が形成され、
前記ナセル排気口は、前記ラジエータの下流側に位置している
風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置に関し、特に、風力発電装置に搭載される様々な機器を冷却するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置には、様々な内部機器（例えば、主軸受、増速機、発電機等）が搭載される。このような内部機器を適切に運転するためには、内部機器の温度を動作に適した温度範囲に制御する必要がある。
【０００３】
内部機器の温度を制御するために、一般的には、風力発電装置に温度制御システムが設けられる。一例としては、翼ピッチシステム、増速機、主軸受を含むオイル配管系のオイルの温度制御システムにヒータとラジエータが設けられ、更に、インバータの冷却配管系の冷却水の温度制御システムにヒータとラジエータが設けられる。最も一般的には、タワー及び／又はナセルに吸気口が設けられ、外気がタワー及び／又はナセルに取り込まれる。タワー及び／又はナセルに取り込まれた空気は、ファンにより、ラジエータに当てられる。ラジエータは、タワー及び／又はナセルに取り入れられた空気とオイル又は冷却水と熱交換を行い、オイル又は冷却水を冷却する。
【０００４】
ラジエータをナセルの外部に設けることでファンを排除することも検討されている。ラジエータをナセルの外部に設けることで、外風が利用可能になり、ファンを設けずに内部機器の冷却を実現することができる。ただし、ファンを排除するとラジエータを通過する冷却風の風速が遅くなり、風量も小さくなるので、ラジエータの体格を大きくする必要性が生じる。
【０００５】
ラジエータをナセルの外部に設けた風力発電装置は、例えば、国際公開ＷＯ２０１０／０８５９６０に開示されている。図１は、この国際公開に開示されている風力発電装置の構成を示す側面図である。ナセル１０１の上にラジエータ１０３が載せられており、このラジエータ１０３を覆うようにカバー１０５が設けられている。類似の構造の風力発電装置は、国際公開ＷＯ２０１０／０８５９６０、ＷＯ２０１０／０８５９６２、及びＷＯ２０１０／０８５９６３にも開示されている。
【０００６】
しかしながら、発明者の検討によれば、上述の風力発電装置にはラジエータの冷却効率を更に向上する余地がある。ラジエータの冷却効率を向上させれば、結果として、ラジエータの体格を小さくすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１０／０８５９６０
【特許文献２】国際公開ＷＯ２０１０／０８５９６１
【特許文献３】国際公開ＷＯ２０１０／０８５９６２
【特許文献４】国際公開ＷＯ２０１０／０８５９６３
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】「風レンズマイクロ風車の開発」  日本機械学会誌，ｖｏｌ．１０７，Ｎｏ．１０２８，２００４．７，ｐ．５０
【非特許文献２】烏谷隆他，「中空構造体による集風効果」，ながれ，ｖｏｌ．２２（２００３），ｐｐ．３３７−３４３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明の目的は、風力発電装置のラジエータの冷却効率を向上させ、ラジエータの体格を小さくすることを可能にするための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一の観点では、風力発電装置が、風車ロータと、風車ロータを支持するナセルと、ナセルの外に設けられたラジエータと、ディフューザとを具備する。ラジエータは、風力発電装置の上流からディフューザによって形成される負圧領域に空気が流れ込む経路に設けられている。
【００１１】
一実施形態では、ディフューザは、ナセルと対向するように設けられる第１ディフューザ部材を備えている。第１ディフューザ部材は、第１ディフューザ部材のナセルに対向する面とナセルとで挟まれる領域に、風車ロータの回転軸に垂直である第１断面及び第２断面を、第２断面が第１断面よりもラジエータを通過する空気の流れの下流側に位置するように規定した場合に、第２断面の面積が第１断面の面積よりも大きいように配置されている。
【００１２】
好適な一実施形態では、第１ディフューザ部材が第１本体部分と第１本体部分の下流側において第１本体部分に接合された第１つば部とを備え、第１つば部は、第１本体部分からナセルの反対方向に折り曲げられている。
【００１３】
また、第１ディフューザ部材とラジエータの間に隙間が設けられることも好ましい。
【００１４】
第１ディフューザ部材とラジエータの間に隙間が設けられる場合、第１ディフューザ部材は、第１ディフューザ部材のナセルに対向する面と風車ロータの回転軸を含む鉛直面の交線がナセルと反対方向に滑らかに湾曲するように湾曲されていることも好ましい。
【００１５】
また、第１ディフューザ部材の前縁の近傍がナセルの反対方向に湾曲されることも好ましい。
【００１６】
一実施形態では、ディフューザは、ラジエータに流れ込む空気の流れの方向に対してラジエータの横方向に位置し、ラジエータを挟んで対向するように設けられた第２及び第３ディフューザ部材を備えている。第２ディフューザ部材は、第３ディフューザ部材に対向する第１面を有し、第３ディフューザ部材は、第２ディフューザ部材に対向する第２面を有している。第２及び第３ディフューザ部材は、該第１面及び前記第２面で挟まれる領域に、風車ロータの回転軸に垂直であるような第３断面及び第４断面を、第４断面が第３断面よりもラジエータを通過する空気の流れの下流側に位置するように規定した場合に、第４断面の面積が第３断面の面積よりも大きいように配置されている。
【００１７】
好適な一実施形態では、第２ディフューザ部材が第２本体部分と第２本体部分の下流側において第２本体部分に接合された第２つば部とを備え、第３ディフューザ部材が第３本体部分と第３本体部分の下流側において第３本体部分に接合された第３つば部とを備えている。第２つば部は、第２本体部分から第３ディフューザ部材の反対方向に折り曲げられ、第３つば部は、第３本体部分から第３ディフューザ部材の反対方向に折り曲げられている。
【００１８】
また、第２ディフューザ部材とラジエータの間に隙間が設けられ、第３ディフューザ部材とラジエータの間に隙間が設けられることも好ましい。
【００１９】
第２ディフューザ部材とラジエータの間に隙間が設けられ、第３ディフューザ部材とラジエータの間に隙間が設けられる場合、第２ディフューザ部材は、第２ディフューザ部材の該第１面と風車ロータの回転軸を含む鉛直面の交線が第３ディフューザ部材と反対方向に滑らかに湾曲するように湾曲され、第３ディフューザ部材は、第３ディフューザ部材の該第２面と風車ロータの回転軸を含む鉛直面の交線が第２ディフューザ部材と反対方向に滑らかに湾曲するように湾曲されることも好ましい。
【００２０】
また、ナセルとラジエータの間に隙間が設けられることも好ましい。
【００２１】
好適な一実施形態では、ナセルが、前部と、前部の下流側に位置する後部とを具備し、ラジエータは、後部の、前部の高さよりも低い高さの位置に接合される。
【００２２】
また、ナセルに外ナセルの内部からのナセル排気を排出するナセル排気口が形成される場合、ナセル排気口が、ラジエータの下流側に位置していることも好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、風力発電装置のラジエータの冷却効率を向上させ、ラジエータの体格を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来の風力発電装置の構成を示す側面図である。
【図２Ａ】本発明の第１の実施形態の風力発電装置の構成を示す側面図である。
【図２Ｂ】第１の実施形態の風力発電装置の構成を示す斜視図である。
【図２Ｃ】第１の実施形態におけるラジエータと側部ディフューザ部材の配置を示す上面図である。
【図２Ｄ】第１の実施形態におけるナセルと上部ディフューザ部材の配置を示す側面図である。
【図３】第１の実施形態の風力発電装置の変形例を示す側面図である。
【図４Ａ】本発明の第２の実施形態の風力発電装置の構成を示す側面図である。
【図４Ｂ】第２の実施形態の風力発電装置の構成を示す斜視図である。
【図４Ｃ】第２の実施形態におけるラジエータと側部ディフューザ部材の配置を示す上面図である。
【図４Ｄ】第２の実施形態におけるナセルと上部ディフューザ部材の配置を示す側面図である。
【図４Ｅ】第２の実施形態におけるナセルと上部ディフューザ部材の他の配置を示す側面図である。
【図４Ｆ】第２の実施形態におけるラジエータと側部ディフューザ部材の配置を示す側面図である。
【図５Ａ】本発明の第３の実施形態の風力発電装置の構成を示す側面図である。
【図５Ｂ】第３の実施形態の風力発電装置の構成を示す斜視図である。
【図６】第３の実施形態の風力発電装置の変形例を示す側面図である。
【図７Ａ】第３の実施形態の風力発電装置の他の変形例を示す側面図である。
【図７Ｂ】図７Ａの風力発電装置の斜視図である。
【図７Ｃ】図７Ａの風力発電装置におけるラジエータと側部ディフューザ部材の配置を示す上面図である。
【図８Ａ】本発明の第４の実施形態の風力発電装置の構成を示す側面図である。
【図８Ｂ】第４の実施形態の風力発電装置の構成を示す斜視図である。
【図８Ｃ】第４の実施形態の風力発電装置の変形例を示す斜視図である。
【図８Ｄ】第４の実施形態の風力発電装置の変形例におけるラジエータと側部ディフューザ部材の配置を示す上面図である。
【図９Ａ】本発明の第５の実施形態の風力発電装置の構成を示す側面図である。
【図９Ｂ】第５の実施形態の風力発電装置の構成を示す斜視図である。
【図９Ｃ】第５の実施形態における上部ディフューザ部材の構造を示す側面図である。
【図９Ｄ】第５の実施形態における側部ディフューザ部材の構造を示す上面図である。
【図９Ｅ】第５の実施形態の風力発電装置の構成の変形例を示す斜視図である。
【図９Ｆ】図９Ｅの風力発電装置におけるラジエータと側部ディフューザ部材の配置を示す上面図である。
【図１０Ａ】本発明の第６の実施形態の風力発電装置の構成を示す側面図である。
【図１０Ｂ】第６の実施形態の風力発電装置の構成を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第７の実施形態の風力発電装置の構成を示す側面図である。
【図１２】本発明の第８の実施形態の風力発電装置の構成を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
第１の実施形態：
図２Ａは、本発明の第１の実施形態の風力発電装置１の構成を示す側面図であり、図２Ｂは斜視図である。図２Ａを参照して、風力発電装置１は、タワー２と、タワー２の上に搭載されたナセル３と、ナセル３によって回転可能に支持された風車ロータ４とを備えている。風車ロータ４は、ハブ５と風車翼６とを備えており、風を受けて回転軸４ａの周りで回転する。
【００２６】
本実施形態の風力発電装置１では、タワー２及びナセル３の内部機器２０を冷却するためのラジエータ７がナセル３の外に搭載されている。図２Ａ、図２Ｂの構成では、ラジエータ７は、ナセル３の上面に搭載されている。ラジエータ７は、内部機器２０からオイル及び冷却水を受け取り、ラジエータ７を通過する空気によってオイル及び冷却水を冷却し、内部機器２０に戻す。これにより、内部機器２０が適切な温度に維持される。図２Ａでは、ラジエータ７を通過する空気の流れが、符号１０によって示されている。
【００２７】
加えて、ラジエータ７の近傍にディフューザ８が設けられる。後述のように、ディフューザ８は、空気の流れを加速し、ラジエータ７を通過する空気の量を増大させる機能を有している。
【００２８】
図２Ａ〜図２Ｄに図示されているように、本実施形態では、ディフューザ８が、上部ディフューザ部材８ａと、側部ディフューザ部材８ｂ、８ｃとを備えている。なお、図２Ａは、側部ディフューザ部材８ｂ、８ｃを除去した側面図を示しており、また、図２Ｃは、ラジエータ７と側部ディフューザ部材８ｂ、８ｃの上面図であることに留意されたい。上部ディフューザ部材８ａは、その前縁２１においてラジエータ７の上面に取り付けられ、側部ディフューザ部材８ｂ、８ｃは、その前縁２３ａ、２３ｂにおいてラジエータ７の側面に取り付けられている。側部ディフューザ部材８ｂ、８ｃは、ラジエータ７に流れ込む空気の流れの方向に対してラジエータ７の横方向に位置し、ラジエータ７を挟むように設けられている。
【００２９】
図２Ｄに図示されているように、上部ディフューザ部材８ａは、上部ディフューザ部材８ａの内面（ナセル３に対向する面）とナセル３とで挟まれる領域において風車ロータ４の回転軸４ａに垂直であるような２つの断面を考えた場合、ラジエータ７を通過する空気の流れの下流側に位置する断面の面積が上流側に位置する断面よりも大きくなるように配置されている。より具体的には、上部ディフューザ部材８ａの内面とナセル３とで挟まれる領域の風車ロータ４の回転軸４ａに垂直な断面Ｓ１の面積が、前縁２１から後縁２２に向けて単調に増加するような形状を有している。本実施形態では、上部ディフューザ部材８ａは、後縁２２が前縁２１よりもナセル３から離れている板状の部材として構成されている。
【００３０】
一方、図２Ｃに図示されているように、側部ディフューザ部材８ｂ、８ｃは、側部ディフューザ部材８ｂ、８ｃの内面で挟まれる領域の風車ロータ４の回転軸４ａに垂直な断面Ｓ２の面積が、前縁２３ａ、２３ｂから後縁２４ａ、２４ｂに向けて増加するような形状を有している。ここで、側部ディフューザ部材８ｂの内面とは、側部ディフューザ部材８ｃに対向する面を意味しており、側部ディフューザ部材８ｃの内面とは、側部ディフューザ部材８ｂに対向する面を意味している。本実施形態では、側部ディフューザ部材８ｂ、８ｃは、後縁２４ａ、２４ｂの間の距離が、前縁２３ａ、２３ｂの間の距離よりも大きいように配置された板状の部材として構成されている。
【００３１】
以上のように構成されたディフューザ８は、その出口の近傍における空気の流れを加速し、ディフューザ８の下流に負圧領域９（即ち、周囲よりも圧力が低い領域）を形成する。負圧領域９が形成されると、ラジエータ７の上流側から空気を取り込む作用が生じ、ラジエータ７を通過する空気の量を増大させることができる。これにより、ラジエータの冷却効率を向上させ、結果として、ラジエータの体格を小さくすることができる。
【００３２】
ここで、一般には、空気の流れを加速するための構造体としては入口の面積よりも出口の面積が小さい中空構造体であるノズルが用いられ、入口の面積よりも出口の面積が大きい中空構造体であるディフューザは、空気の流れを減速するために用いられることが多い。これは、一見、上記の作用と相反するように見える。しかしながら、中空構造体が開放空間に置かれた場合には、このような議論は妥当しない。例えば、「風レンズマイクロ風車の開発」  日本機械学会誌，ｖｏｌ．１０７，Ｎｏ．１０２８，２００４．７，ｐ．５０、及び、烏谷隆他，「中空構造体による集風効果」，ながれ，ｖｏｌ．２２（２００３），ｐｐ．３３７−３４３に開示されているように、開放空間に置かれた場合には、ディフューザは、空気の流れを加速する作用を奏する。本実施形態のディフューザ８も、空気の流れを加速し、ラジエータ７を通過する空気の量を増大させる作用を奏する。
【００３３】
図２Ａ〜図２Ｄの構造ではディフューザ８の入口（前縁２１、２３ａ、２３ｂ）にラジエータ７が設けられているが、ラジエータ７の位置は、ディフューザ８の内部において変更され得る。ディフューザ８によって形成される負圧領域９に空気が流れ込む経路に位置していれば良く、例えば、図３に図示されているように、ラジエータ７は、ディフューザ８の中間の位置に設けられてもよい（なお、以下に述べられる他の実施形態においても、ラジエータ７がディフューザ８の中間の位置に設けられ得る）。
【００３４】
第２の実施形態：
図４Ａは、本発明の第２の実施形態の風力発電装置１の構成を示す側面図であり、図４Ｂは斜視図であり、図４Ｃは、第２の実施形態におけるディフューザ８の構成を示す上面図である。第２の実施形態の風力発電装置１は、第１の実施形態の風力発電装置１と類似した構造を有しているが、ディフューザ８の構造が異なっている。
【００３５】
詳細には、図４Ｄに図示されているように、本実施形態では、上部ディフューザ部材８ａが、上流側に位置する本体部分３１ａと、下流側に位置するつば部３１ｂとを備えている。つば部３１ｂは、本体部分３１ａから、ナセル３から離れる方向に折り曲げられている。詳細には、本体部分３１ａは、回転軸４ａを含む鉛直面内において回転軸４ａに対して角度αをなしているのに対し、つば部３２ｂは、回転軸４ａを含む鉛直面内において回転軸４ａに対して角度αよりも大きい角度βをなしている。ここで、図４Ｄに図示された直線Ｌ１、Ｌ２は、いずれも、回転軸４ａを含む鉛直面内において回転軸４ａに平行な直線である。
【００３６】
このように構成された上部ディフューザ部材８ａでも、上部ディフューザ部材８ａの内面とナセル３とで挟まれる領域の風車ロータ４の回転軸４ａに垂直な断面Ｓ１の面積が、前縁２１から後縁２２に向けて増加する。ただし、回転軸４ａに平行な方向における、つば部３１ｂについての断面Ｓ１（図４ＤではＳ１Ｂ）の面積の増大の割合は、本体部分３１ａについての断面Ｓ１（図４ＤではＳ１Ｂ）の面積の増大の割合よりも大きい。
【００３７】
図４Ｃに図示されているように、側部ディフューザ部材８ｂ、８ｃも同様の構造を有している。側部ディフューザ部材８ｂは、上流側に位置する本体部分３２ａと、下流側に位置するつば部３２ｂとを備えている。つば部３２ｂは、本体部分３２ａから、側部ディフューザ部材８ｃから離れる方向に折り曲げられている。同様に、側部ディフューザ部材８ｃは、上流側に位置する本体部分３３ａと、下流側に位置するつば部３３ｂとを備えている。つば部３３ｂは、本体部分３３ａから、側部ディフューザ部材８ｂから離れる方向に折り曲げられている。
【００３８】
このように構成された側部ディフューザ部材８ｂ、８ｃでも、側部ディフューザ部材８ｂ、８ｃの内面で挟まれる領域の風車ロータ４の回転軸４ａに垂直な断面Ｓ２の面積が、前縁２３ａ、２３ｂから後縁２４ａ、２４ｂに向けて増加する。ただし、回転軸４ａに平行な方向における、つば部３２ｂ、３３ｂについての断面Ｓ２（図４ＣではＳ２Ｂ）の面積の増大の割合は、本体部分３２ａ、３３ａについての断面Ｓ２（図４ＣではＳ２Ｂ）の面積の増大の割合よりも大きい。
【００３９】
本実施形態では、上部ディフューザ部材８ａ及び側部ディフューザ部材８ｂ、８ｃに設けられたつば部３１ｂ、３２ｂ、３３ｂの作用によってディフューザ８を回り込む空気の流れ１１が阻害され、ディフューザ８の下流の負圧領域９の大きさが大きくなる。このため、ラジエータ７の正面の領域からより多くの空気を取り込み、ラジエータ７を通過する空気の量を一層に増大させることができる。これにより、ラジエータの冷却効率を一層に向上させ、結果として、ラジエータの体格を小さくすることができる。
【００４０】
なお、図４Ｅに図示されているように、上部ディフューザ部材８ａのつば部３１ｂは、回転軸４ａに垂直な面と平行であってもよい。この場合、角度βが９０°になる。同様に、図４Ｆに図示されているように、側部ディフューザ部材８ｂ、８ｃのつば部３２ｂ、３３ｂは、回転軸４ａに垂直な面と平行であってもよい。
【００４１】
第３の実施形態：
図５Ａは、本発明の第３の実施形態の風力発電装置１の構成を示す側面図であり、図５Ｂは斜視図である。第３の実施形態の風力発電装置１は、第２の実施形態の風力発電装置１と同様の構成を有しているが、ラジエータ７とディフューザ８の間、より具体的には、ラジエータ７と上部ディフューザ部材８ａとの間に隙間１３が設けられている点で相違している。この隙間１３は、ラジエータ７を通過せずにディフューザ８の内部を通過する空気の流れを作り出す。
【００４２】
隙間１３を通る空気の流れは、ラジエータ７を通過する空気の流れと比較して加速される。この加速された流れの作用により、ラジエータ７の下流側の負圧が大きくなり、ラジエータ７を通過する空気の量を一層に増大させることができる。これにより、ラジエータの冷却効率を一層に向上させ、結果として、ラジエータの体格を小さくすることができる。
【００４３】
ラジエータ７を通過せずにディフューザ８の内部を通過する空気の流れを作り出す隙間の位置は、様々に変更可能である。例えば、図６に図示されているように、ナセル３とラジエータ７との間に隙間１４が設けられてもよい。また、図７Ａ〜図７Ｃに図示されているように、側部ディフューザ部材８ｂとラジエータ７の間に隙間１５ａが設けられ、側部ディフューザ部材８ｃとラジエータ７の間に隙間１５ｂが設けられてもよい。いずれの場合でも、隙間１４、１５ａ、１５ｂを通る空気の流れにより、ラジエータ７の下流側の負圧の大きさが大きくなり、ラジエータ７を通過する空気の量を一層に増大させることができる。
【００４４】
なお、図５Ａ、図５Ｂ、図６、図７Ａ〜図７Ｃでは、側部ディフューザ部材８ｂ、８ｃに、それぞれ、つば部３１ｂ、３２ｂ、３３ｂが設けられている構成が図示されているが、第１の実施形態の風力発電装置１と同様に、つば部３１ｂ、３２ｂ、３３ｂが設けられない構成であってもよい。
【００４５】
第４の実施形態：
図８Ａは、本発明の第４の実施形態の風力発電装置１の構造を示す側面図であり、図８Ｂは、斜視図である。第４の実施形態の風力発電装置１では、図５Ａ、図５Ｂに図示された風力発電装置１と同様に、ラジエータ７と上部ディフューザ部材８ａとの間に隙間１３が設けられる。加えて、本実施形態では、上部ディフューザ部材８ａの内面と回転軸４ａを含む鉛直面とで形成される交線が、ナセル３と反対方向に湾曲する滑らかな曲線となるように、上部ディフューザ部材８ａが湾曲されている。
【００４６】
この場合、上部ディフューザ部材８ａの内面とナセル３とで挟まれる領域の風車ロータ４の回転軸４ａに垂直な断面Ｓ１の面積が前縁２１から後縁２２に向けて単調に増加すると共に、回転軸４ａに平行な方向における、つば部３１ｂについての断面Ｓ１（図４ＤではＳ１Ｂ）の面積の増大の割合も前縁２１から後縁２２に向けて単調に増加することになる。
【００４７】
本実施形態では、隙間１３を通る空気の流れが、上部ディフューザ部材８ａの湾曲した形状によって一層に加速する。ベルヌーイの定理から理解されるように、空気の流れが加速されることによってより大きい大きさの負圧が発生するため、ラジエータ７を通過する空気の量を一層に増大させることができる。これにより、ラジエータ７の冷却効率を一層に向上させ、結果として、ラジエータ７の体格を小さくすることができる。
【００４８】
図８Ｄ、図８Ｅに図示されているように、同様の原理は、ラジエータ７と側部ディフューザ部材８ｂ、８ｃとの間に隙間１５ａ、１５ｂが設けられている場合にも適用可能である。図８Ｃの構造では、側部ディフューザ部材８ｂの内面とそれに交差する水平面とで形成される交線が側部ディフューザ部材８ｃと反対方向に湾曲する滑らかな曲線となるように、側部ディフューザ部材８ｂが湾曲されている。同様に、側部ディフューザ部材８ｃの内面とそれに交差する水平面とで形成される交線が側部ディフューザ部材８ｂと反対方向に湾曲する滑らかな曲線となるように、側部ディフューザ部材８ｃが湾曲されている。図８Ｄ、図８Ｅに図示されている構造でも、隙間１３を通る空気の流れを加速してより大きい大きさの負圧を発生させ、ラジエータ７を通過する空気の量を一層に増大させることができる。
【００４９】
第５の実施形態：
図９Ａは、本発明の第５の実施形態の風力発電装置１の構成を示す側面図であり、図９Ｂは斜視図である。第５の実施形態では、ディフューザ８にベルマウス１６が取り付けられている。ベルマウス１６とは、ディフューザ８で形成される流路の入口の近傍に設けられ、流路の断面積を入口から離れるに従って徐々に小さくするような構造体であり、流路の入口の近傍における圧力損失を低減する機能を果たす。
【００５０】
図９Ａ、図９Ｂに図示されている構成では、上部ディフューザ部材８ａの前縁の近傍にベルマウス１６が形成されている。詳細には、図９Ｃに図示されているように、上部ディフューザ部材８ａは、前縁２１の近傍においてナセル３と反対方向に微小に湾曲されており、これによりベルマウス１６が形成されている。上部ディフューザ部材８ａのベルマウス１６の部分においては、上部ディフューザ部材８ａの内面とナセル３とで挟まれる領域の風車ロータ４の回転軸４ａに垂直な断面Ｓ１の面積が、前縁２１から離れるに従って単調に減少する。断面Ｓ１の面積は特定位置で最小になる。上部ディフューザ部材８ａの内面とナセル３とで挟まれる領域の風車ロータ４の回転軸４ａに垂直な断面Ｓ１は、当該特定位置から後縁２２に近付くに従って単調に増加する。
【００５１】
図９Ｄに図示されているように、側部ディフューザ部材８ｂ、８ｃにもベルマウス１６が形成される。詳細には、側部ディフューザ部材８ｂは、前縁２３ａの近傍において側部ディフューザ部材８ｃと反対方向に微小に湾曲され、側部ディフューザ部材８ｃは、前縁２３ｂの近傍において側部ディフューザ部材８ｂと反対方向に微小に湾曲される。
【００５２】
図９Ａ乃至図９Ｄでは、ラジエータ７と上部ディフューザ部材８ａとの間に隙間１３が設けられている構造が図示されているが、図９Ｅ、図９Ｆに図示されているように、ラジエータ７と側部ディフューザ部材８ｂ、８ｃとの間に隙間１５ａ、１５ｂが設けられてもよい。
【００５３】
また、図９Ａ〜図９Ｆでは、第４の実施形態の構成（図８Ａ〜図８Ｃ参照）のように、上部ディフューザ部材８ａ及び側部ディフューザ部材８ｂ、８ｃが、その内面と鉛直面とがなす交線が滑らかな曲線を描くように湾曲されている構造が図示されているが、第１乃至第３の実施形態のような構造のディフューザ８にベルマウス１６を設けてもよい。
【００５４】
第６の実施形態：
図１０Ａは、本発明の第６の実施形態の風力発電装置１の構成を示す側面図であり、図１０Ｂは斜視図である。第６の実施形態では、ナセル３の側面にラジエータ７及びディフューザ８が設けられる。このような場合でも、ディフューザ８の作用により、ラジエータ７を通過する空気の量を増大させることができる。これにより、ラジエータの冷却効率を向上させ、結果として、ラジエータの体格を小さくすることができる。
【００５５】
本実施形態のようなナセル３の側面にラジエータ７及びディフューザ８が設けられる構成は、第１乃至第５の実施形態のいずれのラジエータ７及びディフューザ８の構成や配置についても適用可能である。図１０Ａ、図１０Ｂは、第１の実施形態（図２Ａ、図２Ｂ）の構成のディフューザ８が、ナセル３の側面に設けられた構造を図示している。側部ディフューザ部材８ｄは、ラジエータ７のナセル３と反対側の面に取り付けられ、上部ディフューザ部材８ｅは、ラジエータ７の上面に取り付けられている。加えて、図示されない下部ディフューザが、ラジエータ７の下面に取り付けられている。
【００５６】
第７の実施形態：
図１１は、本発明の第７の実施形態の風力発電装置１の構成を示す側面図である。第６の実施形態では、ナセル３の前部３ａの高さＨａよりも後部３ｂの高さが低いように構成される。詳細には、図１１の構成では、ナセル３の後部３ｂは、その高さがナセル３の後端に向かって低減するような形状に形成されている。加えて、ラジエータ７がナセル３の後部３ｂに取り付けられると共に、ディフューザ８が後部３ｂに対向するように設けられる。ラジエータ７は、ナセル３の後部３ｂの、高さＨａよりも低い高さの位置に設けられる。
【００５７】
このような構成は、ディフューザ８の作用によってラジエータ７を通過する空気の量を増大させることができると共に、風力発電装置１を建設する際における輸送の問題を緩和するために有用である。ナセル３にラジエータ７及びディフューザ８を搭載した構造体は、全体として、高さが増大してしまう。該構造体の高さが輸送における制限を満たさない場合には、風力発電装置１の建設現場においてラジエータ７及び／又はディフューザ８をナセル３に取り付ける作業が必要になり、風力発電装置１の建設の工数が増大してしまう。本実施形態の風力発電装置１の構成によれば、ナセル３にラジエータ７及びディフューザ８を搭載した構造体の高さを低減できるため、輸送制限の問題を緩和することができる。
【００５８】
なお、図１１には、ラジエータ７及びディフューザ８が、図５Ａ、図５Ｂに図示されているような構成（第３の実施形態の構成）である場合について図示されているが、ラジエータ７及びディフューザ８の構造及び配置は、第１乃至第５の実施形態の何れのような構成であってもよい。
【００５９】
第８の実施形態：
図１２は、本発明の第８の実施形態の風力発電装置１の構成を示す側面図である。第７の実施形態では、ナセル排気１８（ナセル３の内部から排出される空気）を排出するためのナセル排気口１７が、ラジエータ７の下流に設けられる。このような構成でも、ディフューザ８の作用によってラジエータ７を通過する空気の量を増大させることができる。加えて、第７の実施形態の構成では、ナセル排気口１７から排出されたナセル排気１８が、ディフューザ８によって形成される負圧領域９に流れ込む。これにより、ナセル３の換気が促進される。
【００６０】
なお、図１２には、ラジエータ７及びディフューザ８が、図９Ａ、図９Ｂに図示されているような構成（第５の実施形態の構成）である場合について図示されているが、ラジエータ７及びディフューザ８の構造及び配置は、第１乃至第５の実施形態の何れのような構成であってもよい。
【００６１】
なお、以上には、本発明の実施形態が具体的に記載されているが、本発明は、上記の実施形態に限定されず、様々な変更と共に実施され得ることは、当業者には自明的であろう。例えば、上記の実施形態では、上部ディフューザ部材８ａと側部ディフューザ部材８ｂ、８ｃとが別体の部材として設けられているが、上部ディフューザ部材８ａと側部ディフューザ部材８ｂ、８ｃとが連結されていてもよい。また、上記には複数の実施形態が提示されているが、上記の実施形態は、矛盾が無い限り、組み合わせて実施可能であることにも留意されたい。
【符号の説明】
【００６２】
１：風力発電装置
２：タワー
３：ナセル
３ａ：前部
３ｂ：後部
４：風車ロータ
４ａ：回転軸
５：ハブ
６：風車翼
７：ラジエータ
８：ディフューザ
８ａ：上部ディフューザ部材
８ｂ、８ｃ：側部ディフューザ部材
８ｄ：側部ディフューザ部材
８ｅ：上部ディフューザ部材
９：負圧領域
１０、１１：空気の流れ
１３、１４、１５ａ、１５ｂ：隙間
１６：ベルマウス
１７：ナセル排気口
１８：ナセル排気
２１、２３ａ、２３ｂ：前縁
２２、２４ａ、２４ｂ：後縁
３１ａ、３２ａ、３３ａ：本体部分
３１ｂ、３２ｂ、３３ｂ：つば部
Ｓ１、Ｓ１Ａ、Ｓ１Ｂ、Ｓ２、Ｓ２Ａ、Ｓ２Ｂ：断面
１０１：ナセル
１０３：ラジエータ
１０５：カバー
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図９Ｆ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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