(57)【要約】【課題】メンテナンスが容易で、かつ内部の結露が防止された風力発電装置の監視装置を提供する。【解決手段】風力発電装置の監視装置８０は、風力発電装置のデータを収集するデータ収集装置を構成する電子機器と、記憶装置２０８と、電源ユニット２０４）と、電子機器を収容する密閉構造のケース２２０とを備える。ケース２２０は、電子機器を収容するケース本体と、ケース本体に取り付けられ、メンテナンス時に開閉可能な蓋と、ケース本体または蓋に設けられたケース内の気体を抜くための排気口に設けられ、排気口を閉じる弁２３１とを含む。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電装置の監視装置であって、
前記風力発電装置のデータを収集するデータ収集装置を構成する電子機器と、
前記電子機器を収容する密閉構造のケースとを備え、
前記ケースは、
前記電子機器を収容するケース本体と、
前記ケース本体に取り付けられ、メンテナンス時に開閉可能な蓋と、
前記ケース本体または前記蓋に設けられた排気口に設けられ、前記排気口を閉じる弁とを含む、風力発電装置の監視装置。
【請求項２】
前記ケースは、
前記ケース本体または前記蓋に設けられた吸気口に取り付けられた吸気弁をさらに含む、請求項１に記載の風力発電装置の監視装置。
【請求項３】
前記弁は、排気された前記ケースの内部に気体を導入するために開弁可能に構成される、請求項１に記載の風力発電装置の監視装置。
【請求項４】
前記ケースの内部の気圧は、前記ケースの外部の気圧よりも低く設定されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の風力発電装置の監視装置。
【請求項５】
前記ケースの内部には、前記ケースの外部の気体とは異なる気体が封入されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の風力発電装置の監視装置。
【請求項６】
前記ケースの外部に配置され、前記排気口から前記ケース内の気体を吸引するポンプをさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の風力発電装置の監視装置。
【請求項７】
前記ケースの内部の気体の圧力を検出する圧力検出部をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の風力発電装置の監視装置。
【請求項８】
前記圧力検出部によって検出された圧力の変化を遠隔地のユーザに報知する報知部をさらに備える、請求項７に記載の風力発電装置の監視装置。
【請求項９】
前記ケースの内部の気体の湿度を示す湿度検出部をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の風力発電装置の監視装置。
【請求項１０】
前記湿度検出部によって検出された湿度の変化を遠隔地のユーザに報知する報知部をさらに備える、請求項９に記載の風力発電装置の監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、風力発電装置の監視装置に関し、特に風力発電装置の監視装置の結露防止の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
クリーンなエネルギー源を使用して発電する発電装置として、風力発電装置が知られている。
【０００３】
風力発電装置においては、運転監視装置（Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ａｎｄ  Ｄａｔａ  Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ：ＳＣＡＤＡ）や状態監視装置（Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ：ＣＭＳ）などにより風車の運転状態が遠隔的に監視される。ＳＣＡＤＡでは、風車の発電量や風速などの運転情報が収集され、ＣＭＳでは、機器の損傷や劣化状態などが監視される。
【０００４】
特開２００２−３４９４１５号公報（特許文献１）は、遠隔地から風力発電装置の運転状態を監視する風力発電装置の監視システムを開示する。
【０００５】
ＳＣＡＤＡでは運転情報とともに温度などのデータも採取され、機器の異常監視にも使用されている。一方、ＣＭＳは機器の異常監視を目的としたシステムであり、風力発電装置にはＳＣＡＤＡのみが設備される場合とＳＣＡＤＡとＣＭＳが設備される場合がある。
【０００６】
ＳＣＡＤＡとＣＭＳは風力発電装置の各機器の異常を監視することから、両者を風力発電装置の監視装置と呼ぶことにする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３４９４１５号公報
【特許文献２】特開２０１１−６２８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
寒冷地に風力発電装置を設置した場合には、ナセル内に配置した監視装置の基板が冷えた状態となる。ナセル内には、ヒータが設置されることがあり、ヒータによって急激に空気が暖められた際に、冷えた状態の監視装置の基板に結露が生じる場合がある。結露が生じた状態で、監視装置に電源が投入されると、ショート等により故障が発生するおそれがある。従来は、監視装置内部の電気回路の近辺にヒータを設置して結露を発生させないようにすることが行なわれていた。しかし、ヒータは電力を消費するのでヒータ用の電源を確保する必要があるが、ヒータも電気回路もナセル内から電源の供給を受けるので、電源は同一の場合が多い。電源が切れている場合には、ヒータが働かず監視装置内部が冷えており、そのまま電源を投入するとヒータ加熱が間に合わず、結露にいたる恐れがあった。  
【０００９】
屋外に設置する電子機器をヒータを使用しない方法で結露から守るために、特開２０１１−６２８８２号公報に開示された技術では、樹脂を電子機器の筐体内部に封入している。
【００１０】
しかしながら、筐体内部に樹脂を封入してしまうと、電子機器が故障したときに基板を検査したり交換したりすることができなくなる。
【００１１】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は監視装置内部の電子機器への結露を防止しつつ、電子機器のメンテナンスが可能な風力発電装置の監視装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明は、要約すると、風力発電装置の監視装置であって、風力発電装置のデータを収集するデータ収集装置を構成する電子機器と、電子機器を収容する密閉構造のケースとを備える。ケースは、電子機器を収容するケース本体と、ケース本体に取り付けられ、メンテナンス時に開閉可能な蓋と、ケース本体または蓋に設けられた排気口に設けられ、排気口を閉じる弁とを含む。
【００１３】
好ましくは、ケースは、ケース本体または蓋に設けられた吸気口に取り付けられた吸気弁をさらに含む。
【００１４】
好ましくは、弁は、排気されたケースの内部に気体を導入するために開弁可能に構成される。
【００１５】
好ましくは、ケースの内部の気圧は、ケースの外部の気圧よりも低く設定されている。
好ましくは、ケースの内部には、ケースの外部の気体とは異なる気体が封入されている。
【００１６】
好ましくは、監視装置は、ケースの外部に配置され、排気口からケース内の気体を吸引するポンプをさらに備える。
【００１７】
好ましくは、監視装置は、ケースの内部の気体の圧力を検出する圧力検出部をさらに備える。
【００１８】
より好ましくは、監視装置は、圧力検出部によって検出された圧力の変化を遠隔地のユーザに報知する報知部をさらに備える。
【００１９】
好ましくは、監視装置は、ケースの内部の気体の湿度を示す湿度検出部をさらに備える。
【００２０】
より好ましくは、監視装置は、湿度検出部によって検出された湿度の変化を遠隔地のユーザに報知する報知部をさらに備える。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、メンテナンスが容易で、かつ内部の結露が防止された風力発電装置の監視装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施の形態の異常診断装置が使用される一例である風力発電装置を説明するための図である。
【図２】監視装置８０の回路構成の一例を示したブロック図である。
【図３】監視装置８０の概観を示した斜視図である。
【図４】監視装置に排気ポンプを取り付けた状態を示す模式図である。
【図５】実施の形態２の監視装置の構成を示した模式図である。
【図６】遠隔地に圧力の低下を報知する手段の第１例を示した図である。
【図７】遠隔地に圧力の低下を報知する手段の第２例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２４】
［実施の形態１］
図１は、本実施の形態の異常診断装置が使用される一例である風力発電装置を説明するための図である。
【００２５】
図１を参照して、風力発電装置１０は、主軸２２と、ブレード３０と、増速機４０と、発電機５０と、主軸受６０と、監視装置８０とを含む。増速機４０、発電機５０、主軸受６０および監視装置８０は、ナセル９０に格納され、ナセル９０は、タワー１００によって支持される。
【００２６】
主軸２２は、ロータヘッド２０からナセル９０内に進入して増速機４０の入力軸に接続され、主軸受６０によって回転自在に支持される。そして、主軸２２は、風力を受けたブレード３０により発生する回転トルクを増速機４０の入力軸へ伝達する。ブレード３０は、主軸２２の先端に設けられ、風力を回転トルクに変換して主軸２２に伝達する。
【００２７】
主軸受６０は、ナセル９０内において固設され、主軸２２を回転自在に支持する。主軸受６０は、転がり軸受によって構成され、たとえば、自動調芯ころ軸受や円すいころ軸受、円筒ころ軸受、玉軸受等によって構成される。なお、これらの軸受は、単列のものでも複列のものでもよい。
【００２８】
増速機４０は、主軸２２と発電機５０との間に設けられ、主軸２２の回転速度を増速して発電機５０へ出力する。一例として、増速機４０は、遊星ギヤや中間軸、高速軸等を含む歯車増速機構によって構成される。なお、特に図示しないが、この増速機４０内にも、複数の軸を回転自在に支持する複数の軸受が設けられている。発電機５０は、増速機４０の出力軸に接続され、増速機４０から受ける回転トルクによって発電する。発電機５０は、たとえば、誘導発電機によって構成される。なお、この発電機５０内にも、ロータを回転自在に支持する軸受が設けられている。
【００２９】
風力発電装置１０の状態を監視するために、振動センサ８１および温度センサ８２が設置される。センサ８１，８２の設置場所は例示であり、必要に応じて設置場所を変更したり設置数を増加したりしても良い。また、温度センサ、振動センサは、例示であり、湿度、気圧等他の物理量を検出するセンサを増設しても良い。
【００３０】
図２は、監視装置８０の回路構成の一例を示したブロック図である。図２を参照して、監視装置８０は、Ａ／Ｄボード２０２と、ＰＣボード２０６と、記憶装置２０８と、電源ユニット２０４とを含む。
【００３１】
Ａ／Ｄボード２０２は、振動センサ８１および温度センサ８２に接続され、検出値をデジタル値に変換する。ＰＣボード２０６は、Ａ／Ｄボード２０２に接続されプログラムを実行するＣＰＵを搭載する。記憶装置２０８は、収集した観測データや実行するプログラムなどを記憶する。電源ユニット２０４は、ナセル内から供給された電源電圧を、Ａ／Ｄボード２０２、ＰＣボード２０６および記憶装置２０８で使用する電圧に安定化させる。
【００３２】
上記のＡ／Ｄボード２０２と、ＰＣボード２０６と、記憶装置２０８と、電源ユニット２０４は、電子機器であり、故障防止のために結露を防ぐ必要がある。そこで、本実施の形態では、これらを収容するケースを密封状態として、内部の空気を抜いて結露がおきにくい状態とした。また、密封状態に耐えられるようにケースの強度を高くしている。
【００３３】
図３は、監視装置８０の概観を示した斜視図である。図３を参照して、監視装置８０のケース２２０は、蓋２２１と、ケース本体２２２とを含む。ケース本体２２２には、監視装置８０をナセルに固定するボルト取付け孔が設けられた取付部２２８と、各種センサからの信号を入力する端子２２４と、排気ポンプを接続するポンプ接続部２３０とが設けられる。蓋２２１には螺子２２６を挿入する４つの孔が設けられる。蓋２２１をケース本体２２２に対して螺子２２６で締め付けると、監視装置８０の内部は図示しないパッキンによって密封状態となる。
【００３４】
図４は、監視装置に排気ポンプを取り付けた状態を示す模式図である。図４を参照して、監視装置８０のポンプ接続部２３０は、弁２３１と接続端２３２とを含む。接続端２３２には、排気ポンプ２３４からの配管の端部２３３が接続される。ポンプ接続部２３０は、図３ではケース本体２２２に設けられているが、蓋２２１に設けられていても良い。
【００３５】
弁２３１は、例えばチェックバルブ等の逆止弁であっても良く、オペレータが開閉できるコックがついているものであっても良い。弁２３１は、メンテナンス時にケース内部の気圧を外気に近づけて蓋を開閉しやすくするように、排気されたケース２２０の内部に気体を導入するために開弁可能に構成されることが好ましい。
【００３６】
好ましくは、監視装置８０には、内部の圧力を検知する圧力計２４０が設けられる。オペレータは、監視装置８０をナセルに設置する際に、ケース２２０の内部に図２に示した電子機器を固定し、各種センサを端子２２４に接続した後に動作確認を行ない、蓋２２１を閉じて螺子２２６を締めてケース２２０を密封状態にする。
【００３７】
そして、排気ポンプ２３４を用いてケース２２０の内部の空気を抜いて真空度を上げる。すると、水分を含んだ空気が内部に無くなるので、ナセル内に急激な温度変化が生じても、ケース２２０内の電子機器に結露が生じることが無くなる。
【００３８】
オペレータは、圧力計２４０または他の方法で、ケース２２０の内部の空気が十分に抜けたことを確認すると、弁２３１を閉じ排気ポンプ２３４を停止させる。
【００３９】
また、監視装置８０をメンテナンスする際には、オペレータは、螺子２２６を緩めて蓋２２１を開き、ケース２２０内の電子機器をチェックする。このとき、蓋２２１を開きやすくするために、オペレータは、弁２３１を開いて空気をケース２２０内に入れても良い。電子機器のチェックが終了すると、オペレータは、螺子２２６を閉めて蓋２２１を閉じた密閉状態とする。その後、オペレータは、再び排気ポンプ２３４によってケース２２０内部の空気を抜いた状態としてから排気ポンプ２３４を止めてメンテナンスを終了する。
【００４０】
これにより、常時ポンプを稼動させておかなくても、ケース２２０の内部は空気が抜けた状態が維持されるので、ケース２２０内の電子機器に結露が予防される。
【００４１】
なお、排気ポンプ２３４は、監視装置８０の設置時およびメンテナンス時にオペレータが持参し接続しても良いが、監視装置８０の一部としてナセル内に常設しておいても良い。
【００４２】
［実施の形態２］
実施の形態１では、風力発電装置の監視装置の電子機器を収容するケースを脱気して、結露が生じにくい状態に維持して、監視装置の故障を予防した。実施の形態２では、脱気した後に乾燥した気体を内部に入れて密封することによって同様な効果を得る。
【００４３】
図５は、実施の形態２の監視装置の構成を示した模式図である。図５を参照して、監視装置８０のケースには、ポンプ接続部２３０に加えて、ケース内部に封入する気体を入れるための接続端２３２Ｂと、気体の逆流を防止するための吸気弁２３１Ｂとをさらに含む。吸気弁２３１Ｂは、例えばチェックバルブ等の逆止弁であっても良く、オペレータが開閉できるコックがついているものであっても良い。
【００４４】
ポンプ接続部２３０は、図３ではケース本体２２２に設けられているが、蓋２２１に設けられていても良い。また、吸気弁２３１Ｂもケース本体２２２に設けられるが、蓋２２１に設けられていても良い。
【００４５】
ケース内部に封入する気体は、たとえば、乾燥した窒素ガスや、乾燥した空気を用いることができる。ケースの容積にもよるが、これらの気体は、ケースを大気圧に満たす程度の量があればよく、小さなガスボンベで持参すればよい。
【００４６】
最初に監視装置８０を設置する際や、監視装置８０をメンテナンスする際に、オペレータは、まず排気ポンプ２３４を用いて、ケース内部の空気を脱気する。この時、圧力計２４０を見ながら、所定の圧力までケース内部の圧力が低下したことをオペレータは確認する。そして、弁２３１を閉じ、接続端２３２Ｂにガスボンベを接続し、吸気弁２３１Ｂを開いて圧力計２４０を見ながら適切にケース内が封入する気体で満たされたことを確認する。圧力は、大気圧と同じでもよいが、大気圧よりもやや高めとしておくと好ましい。すると、ある程度時間が経過しても湿気を含む外気がケース内に侵入しにくくなる。
【００４７】
以上説明したように、ケースの内部の空気を乾燥した気体に置換しておくことにより、実施の形態１と同様な効果を得ることができる。なお、実施の形態１のように、弁が１つしかないものであっても、弁がユーザの操作により開閉可能なものであれば、排気弁と吸気弁を兼用することもできる。この場合、最初にポンプをケースに取り付けて排気し、弁を閉じ、次にガスボンベをケースに取り付けて弁を開き乾燥気体をケース内に導入し、その後弁を閉じるようにすればよい。
【００４８】
［実施の形態３］
実施の形態１では、ケースの内部の空気を脱気して、ケース内から水分を除きケース内の結露を防止した。しかし、脱気してから時間が経過すると、ケースの外の空気が徐々にケースの内部に侵入しケース内部の圧力が上昇する。すると再び結露が発生する可能性が高まってしまう。
【００４９】
そこで、実施の形態３では、圧力の上昇を遠隔地にいるオペレータに知らせる。したがって、オペレータは、ケース内の空気を抜くためにメンテナンスをするために現地に行くことができる。
【００５０】
図６は、遠隔地に圧力の低下を報知する手段の第１例を示した図である。図６に示すように、カメラ２５０で圧力計２４０の表示部を必要に応じて撮影し、通信部２６０を用いて、無線、電話回線、インターネットなどを通じて遠隔地のオペレータに連絡する。
【００５１】
図７は、遠隔地に圧力の低下を報知する手段の第２例を示した図である。図７を参照して、監視装置８０Ａは、図２に示した監視装置８０の構成に加えて、圧力センサ２４０Ａと、湿度センサ２４０Ｂとを含む。圧力センサ２４０Ａは、ケース内部の圧力を検出する。湿度センサ２４０Ｂは、ケース内部の湿度を検出する。ＰＣボード２０６のＣＰＵは、通信Ｉ／Ｆ２１０を用いて無線、電話回線、インターネットなどを通じて遠隔地のオペレータに振動や温度の監視データに加えてケース内部の圧力や湿度のデータを送信する。
【００５２】
送信されたデータを分析することによって、遠隔地のオペレータは、ケース内部に外気が侵入したことを知ることができ、ポンプを使用して空気を抜くメンテナンスに行く必要性を判断することができる。
【００５３】
なお、圧力センサ、湿度センサはいずれか一方だけでも良い。また、ポンプを常設している場合には、遠隔地のオペレータが通信回線を用いてポンプを作動させても良い。また、監視装置８０Ａ自身が、圧力センサや湿度センサの出力によって、結露の可能性が高まったことを判断して、ポンプを作動させるようにしても良い。
【００５４】
最後に、以上の実施の形態１〜３について、再び図面を参照して総括する。図２〜図４を参照して、風力発電装置の監視装置８０は、風力発電装置のデータを収集するデータ収集装置を構成する電子機器（Ａ／Ｄボード２０２と、ＰＣボード２０６と、記憶装置２０８と、電源ユニット２０４）と、電子機器を収容する密閉構造のケース２２０とを備える。ケース２２０は、電子機器を収容するケース本体２２２と、ケース本体２２２に取り付けられ、メンテナンス時に電子機器の動作確認または交換をするために開閉可能な蓋２２１と、ケース本体２２２または蓋２２１に設けられたケース内の気体を抜くための排気口に設けられ、排気口を閉じる弁２３１とを含む。
【００５５】
好ましくは、ケース２２０は、排気されたケース２２０の内部に気体を導入するためにケース本体２２２または蓋２２１に設けられた吸気口に取り付けられた吸気弁２３１Ｂをさらに含む。
【００５６】
好ましくは、弁２３１は、排気されたケース２２０の内部に気体を導入するために開弁可能に構成される。
【００５７】
好ましくは、ケース２２０の内部の気圧は、ケース２２０の外部の気圧よりも低く設定されている。
【００５８】
好ましくは、ケース２２０の内部には、ケース２２０の外部の気体（空気）とは異なる気体（乾燥した窒素ガスや乾燥した空気など）が封入されている。
【００５９】
好ましくは、図４、図５に示すように、監視装置８０は、ケース２２０の外部に配置され、排気口からケース内の気体を吸引する排気ポンプ２３４をさらに備える。
【００６０】
好ましくは、図４〜図７に示すように、監視装置８０，８０Ａは、ケース２２０の内部の気体の圧力を検出する圧力検出部（圧力計２４０、圧力センサ２４０Ａ）をさらに備える。
【００６１】
より好ましくは、図６、図７に示すように、監視装置８０，８０Ａは、圧力検出部（圧力計２４０、圧力センサ２４０Ａ）によって検出された圧力の変化を遠隔地のユーザに報知する報知部（カメラ２５０、ＰＣ−ボード２０６）をさらに備える。
【００６２】
好ましくは、図７に示すように、監視装置８０Ａは、ケース２２０の内部の気体の湿度を示す湿度検出部（湿度センサ２４０Ｂ）をさらに備える。
【００６３】
より好ましくは、監視装置８０Ａは、湿度検出部（湿度センサ２４０Ｂ）によって検出された湿度の変化を遠隔地のユーザに報知する報知部（ＰＣ−ボード２０６）をさらに備える。
【００６４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６５】
１０  風力発電装置、２０  ロータヘッド、２２  主軸、３０  ブレード、４０  増速機、５０  発電機、６０  主軸受、８０，８０Ａ  監視装置、８１  振動センサ、８２  温度センサ、９０  ナセル、１００  タワー、２０２  Ａ／Ｄボード、２０６  ＰＣボード、２０４  電源ユニット、２０８  記憶装置、２２０  ケース、２２１  蓋、２２２  ケース本体、２２４  端子、２２６  螺子、２２８  取付部、２３０  ポンプ接続部、２３１  弁、２３１Ｂ  吸気弁、２３２  接続端部、２３２Ｂ  接続端、２３３  端部、２３４  排気ポンプ、２４０  圧力計、２４０Ａ  圧力センサ、２４０Ｂ  湿度センサ、２５０  カメラ、２６０  通信部。
【図１】
2016053350.tif 000003
【図２】
2016053350.tif 000004
【図３】
2016053350.tif 000005
【図４】
2016053350.tif 000006
【図５】
2016053350.tif 000007
【図６】
2016053350.tif 000008
【図７】
2016053350.tif 000009