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JP4848398B2 - Wind power generator - Google Patents

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JP4848398B2 JP2008171500A JP2008171500A JP4848398B2 JP 4848398 B2 JP4848398 B2 JP 4848398B2 JP 2008171500 A JP2008171500 A JP 2008171500A JP 2008171500 A JP2008171500 A JP 2008171500A JP 4848398 B2 JP4848398 B2 JP 4848398B2
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Description

本発明は、ファンクーラを用いてナセル内部に配設された機器類等の冷却を行う風力発電装置に関する。   The present invention relates to a wind turbine generator that cools equipment and the like disposed inside a nacelle using a fan cooler.

風力発電装置が設置される環境の外温域は−30℃〜+40℃程度と広範囲であり、主に主軸受、増速機、発電機、トランス及びインバータ等の内部機器については、温度を基準値の範囲内に制御する必要がある。
具体的な温度制御システムとしては、風車翼の翼ピッチシステムを構成する油圧制御や増速機及び主軸受に潤滑油を供給するオイル配管系や、インバータを空冷する冷却配管系に対し、それぞれヒータ及びファンクーラが設けられている。各ヒータ及びファンクーラは、設定温度に基づいてON/OFF制御される。なお、給排気口は、ナセル外殻に設けられている。
The outside temperature range of the environment where the wind turbine generator is installed is a wide range of about -30 ° C to + 40 ° C. Mainly, internal equipment such as main bearings, gearboxes, generators, transformers and inverters are based on temperature. Must be controlled within the range of values.
Specific temperature control systems include a hydraulic control that constitutes the blade pitch system of the wind turbine blades, an oil piping system that supplies lubricating oil to the gearbox and the main bearing, and a cooling piping system that air-cools the inverter. And a fan cooler is provided. Each heater and fan cooler is ON / OFF controlled based on the set temperature. The air supply / exhaust port is provided in the outer shell of the nacelle.

図6は、風力発電装置のナセル30内を換気して冷却するファンクーラについて、概略構成を示す断面図である。なお、ファンクーラの冷媒はナセル30内の空気であり、この空気との温度差により内部機器類を冷却する。
ナセル30は、ナセル外殻の前端部下方に設けた吸気口31と、上部に設けたダクト32の出口である排気口33とを備えている。ダクト32は、上流側から順に熱交換器34及び換気ファン35を配設したナセル30の出口開口34に連結されている。従って、換気ファン35を運転することにより、ナセル30の内部には、換気空気となる外気が吸気口31から吸引される。そして、この換気空気は、ナセル30の内部を循環して高温の空気を換気し、内部の空気温度を低下させるとともに、熱交換器34、換気ファン35及びダクト32を通って排気口33から流出する。このとき、熱交換器34においては、換気空気が熱交換器34を循環して流れる冷却媒体(温度上昇した潤滑油等)と熱交換して冷却する。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a fan cooler that ventilates and cools the nacelle 30 of the wind turbine generator. In addition, the refrigerant | coolant of a fan cooler is the air in the nacelle 30, and cools internal equipment by the temperature difference with this air.
The nacelle 30 includes an intake port 31 provided below the front end portion of the nacelle outer shell, and an exhaust port 33 serving as an outlet of a duct 32 provided on the upper portion. The duct 32 is connected to the outlet opening 34 of the nacelle 30 provided with the heat exchanger 34 and the ventilation fan 35 in order from the upstream side. Therefore, by operating the ventilation fan 35, outside air serving as ventilation air is sucked into the nacelle 30 from the intake port 31. The ventilation air circulates in the nacelle 30 to ventilate high-temperature air, lowers the internal air temperature, and flows out from the exhaust port 33 through the heat exchanger 34, the ventilation fan 35 and the duct 32. To do. At this time, in the heat exchanger 34, the ventilation air is cooled by exchanging heat with a cooling medium (such as lubricating oil whose temperature has risen) flowing through the heat exchanger 34.

また、従来の軸流ファンにおいては、動翼に失速が発生することを防止するとともに、大流量の時も効率低下がないようにするため、流量の大小に対応する入口案内翼の角度変更手段に連動する小歯車及びラックによって駆動される開閉板を設けることが提案されている。この開閉板は、循環流路の動翼前端部において、入口を閉じたり開いたりするものである。(たとえば、特許文献1参照)
特開平7−279896号公報
In addition, in the conventional axial fan, in order to prevent stalling of the moving blades and to prevent the efficiency from being reduced even at a large flow rate, the angle changing means of the inlet guide blade corresponding to the flow rate is small. It has been proposed to provide an opening / closing plate that is driven by a small gear and a rack that are linked to each other. This opening / closing plate closes or opens the inlet at the moving blade front end of the circulation flow path. (For example, see Patent Document 1)
JP 7-279896 A

ところで、上述した従来の風力発電装置においては、外気温度の高温時/低温時に同様の換気ファン35を使用し、この換気ファン35をON/OFFすることによりナセル30内に設置された機器温度制御を実施している。
しかしながら、上述したファンクーラは、外気温度の高温時、ファンクーラの冷媒であるナセル30内の空気温度も高いため、換気ファン35による内部の冷却効果が小さくなる。
一方、外気温度の低温時には、ファンクーラの冷媒であるナセル30内の空気温度も低いため、換気ファン35による冷却効果が大きい。
By the way, in the conventional wind power generator described above, the same ventilation fan 35 is used when the outside air temperature is high / low, and the temperature control of the equipment installed in the nacelle 30 is performed by turning this ventilation fan 35 ON / OFF. Has been implemented.
However, since the above-described fan cooler has a high air temperature in the nacelle 30 that is a refrigerant of the fan cooler when the outside air temperature is high, the internal cooling effect by the ventilation fan 35 is reduced.
On the other hand, when the outside air temperature is low, the air temperature in the nacelle 30 that is the refrigerant of the fan cooler is also low, so the cooling effect by the ventilation fan 35 is great.

従って、風力発電装置の設置環境が広範囲になる外気温度条件下においては、上述した換気ファン35の稼働制御が必ずしも最適ではない。すなわち、従来のファンクーラは、広範囲の外気温度条件下をカバーし、ナセル30の内部に配設された機器類等を効率よく冷却することは困難であった。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、広範囲の外気温度条件下において、ファンクーラによるナセル内部の機器類冷却を効率よく実施できる風力発電装置を提供することにある。
Therefore, the above-described operation control of the ventilation fan 35 is not necessarily optimal under an outside air temperature condition where the installation environment of the wind turbine generator is wide. That is, the conventional fan cooler covers a wide range of outside air temperature conditions, and it has been difficult to efficiently cool the devices and the like disposed in the nacelle 30.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a wind turbine generator capable of efficiently cooling equipment inside the nacelle by a fan cooler under a wide range of outside air temperature conditions. There is to do.

本発明は、上記の課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る風力発電装置は、ナセルの内部に配設された機器類を冷却するファンクーラが設けられている風力発電装置において、前記ファンクーラが、ナセル外殻に開口してナセル内部に外気を導入する吸気口と、ナセル外殻に設けられてナセル内部の空気を排出する出口開口と、該出口開口に連結されるダクトの出口に形成されて前記ナセル内部の空気を大気に排出する排気口と、前記ナセル内部の前記出口開口付近に設置され、前記吸気口から外気を吸引するとともに前記排気口から前記ナセル内部の空気を排出させる換気ファンとを備え、前記換気ファンの下流側に、前記排気口から排出させる空気の一部を前記ナセル内部へ戻すバイパス流路を設けたことを特徴とするものである。
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
The wind turbine generator according to the present invention is a wind turbine generator provided with a fan cooler that cools the devices disposed inside the nacelle, wherein the fan cooler opens into the outer shell of the nacelle and the outside air enters the nacelle. An air inlet that introduces air, an outlet opening that is provided in the outer shell of the nacelle and discharges air inside the nacelle, and an exhaust that discharges air inside the nacelle to the atmosphere formed at the outlet of a duct connected to the outlet opening. A ventilation fan installed near the outlet opening inside the nacelle and sucking outside air from the intake port and exhausting air inside the nacelle from the exhaust port, on the downstream side of the ventilation fan, A bypass flow path for returning a part of the air discharged from the exhaust port to the inside of the nacelle is provided.

このような風力発電装置によれば、ファンクーラが、ナセル外殻に開口してナセル内部に外気を導入する吸気口と、ナセル外殻に設けられてナセル内部の空気を排出する出口開口と、該出口開口に連結されるダクトの出口に形成されてナセル内部の空気を大気に排出する排気口と、ナセル内部の出口開口付近に設置され、吸気口から外気を吸引するとともに排気口からナセル内部の空気を排出させる換気ファンとを備え、換気ファンの下流側に、排気口から排出させる空気の一部をナセル内部へ戻すバイパス流路を設けたので、ナセル内部へ逆流するようにして戻る空気の流れを生じることとなる。この結果、排気口から大気に排出されるナセル内部の空気量が減少するとともに、吸気口における外気の導入量も減少するので、換気ファンの抵抗となるナセル内部の負圧が減少してファン風量は増加する。   According to such a wind turbine generator, the fan cooler opens to the outer shell of the nacelle and introduces the outside air into the nacelle, the outlet opening provided in the outer shell of the nacelle and discharges the air inside the nacelle, An exhaust port that is formed at the outlet of a duct connected to the outlet opening and discharges air inside the nacelle to the atmosphere, and is installed near the outlet opening inside the nacelle, and sucks outside air from the intake port and from the exhaust port to the inside of the nacelle. Air, and a bypass passage that returns a part of the air discharged from the exhaust port to the inside of the nacelle is provided downstream of the ventilation fan. This will cause a flow of As a result, the amount of air inside the nacelle that is discharged from the exhaust port to the atmosphere decreases, and the amount of outside air introduced into the intake port also decreases, so the negative pressure inside the nacelle that becomes the resistance of the ventilation fan decreases and the fan air volume Will increase.

上記の風力発電装置において、前記バイパス流路の流路断面積は可変であることが好ましく、これにより、季節や設置環境によって流路断面積を調整し、ファン風量を最適化することができる。
上記の風力発電装置において、前記バイパス流路は、前記換気ファンの出口と前記ダクトとの間に形成された隙間であることが好ましく、これにより、バイパス流路を容易に形成することができる。なお、バイパス流路となる隙間の流路断面積は、隙間を埋める部材の着脱、隙間を埋める部材の設置位置をスライドさせる、換気ファン自体の設置位置をスライドさせるなどして、調整可能となる。
In the wind power generator described above, it is preferable that the flow path cross-sectional area of the bypass flow path is variable, thereby adjusting the flow path cross-sectional area according to the season and the installation environment and optimizing the fan air volume.
In the wind power generator described above, the bypass flow path is preferably a gap formed between the outlet of the ventilation fan and the duct, whereby the bypass flow path can be easily formed. The channel cross-sectional area of the gap that becomes the bypass channel can be adjusted by attaching / detaching a member that fills the gap, sliding the installation position of the member that fills the gap, or sliding the installation position of the ventilation fan itself. .

上述した本発明の風力発電装置によれば、排気口から排出させる空気の一部をナセル内部へ戻すバイパス流路を設けたので、ナセル内部へ逆流するようにして戻る空気の流れを生じ、この結果、排気口から大気に排出されるナセル内部の空気量が減少するとともに、吸気口における外気の導入量も減少する。従って、換気ファンの抵抗となるナセル内部の負圧が減少してファン風量は増加する。
このため、外気温度の高い設置環境では、ファン風量の増加によりナセル内部の冷却能力が増し、外気温度の低い寒冷地等の設置環境では、もともと内部の空気温度が低いためにナセル内へ逆流した空気が冷却能力に影響を及ぼすことはない。従って、広範囲の外気温度条件下に設置された風力発電装置において、ファンクーラによるナセル内部の機器類冷却を効率よく実施することができる。
また、ナセル内部の負圧低下によりファン風量が増加すると、換気ファンの稼働時間短縮が可能になるので、ファン駆動に要していた電力消費を低減できる分だけ風力発電装置の発電量が増加して効率向上を達成できる。
According to the wind power generator of the present invention described above, the bypass flow path for returning a part of the air discharged from the exhaust port to the inside of the nacelle is provided. As a result, the amount of air inside the nacelle discharged from the exhaust port to the atmosphere decreases, and the amount of outside air introduced into the intake port also decreases. Therefore, the negative pressure inside the nacelle, which becomes the resistance of the ventilation fan, decreases and the fan air volume increases.
For this reason, in the installation environment where the outside air temperature is high, the cooling capacity inside the nacelle increases due to the increase in the fan air volume. Air does not affect the cooling capacity. Therefore, in the wind turbine generator installed under a wide range of outside air temperature conditions, the equipment inside the nacelle can be efficiently cooled by the fan cooler.
In addition, if the fan air flow increases due to the negative pressure drop inside the nacelle, the operating time of the ventilation fan can be shortened, so the power generation amount of the wind turbine generator increases as much as the power consumption required for driving the fan can be reduced. To improve efficiency.

以下、本発明に係る風力発電装置の一実施形態を図1から図3を参照して説明する。
図2に示す風力発電装置1は、基礎6上に立設される支柱(「タワー」ともいう。)2と、支柱2の上端に設置されているナセル3と、略水平な回転軸線周りに回転可能に支持されてナセル3に設けられるローターヘッド4とを有している。
ローターヘッド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)の風車回転翼5が取り付けられている。これにより、ローターヘッド4の回転軸線方向から風車回転翼5に当たった風の力が、ローターヘッド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。
Hereinafter, an embodiment of a wind turbine generator according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
A wind power generator 1 shown in FIG. 2 includes a support column (also referred to as a “tower”) 2 standing on a foundation 6, a nacelle 3 installed at the upper end of the support column 2, and a substantially horizontal rotation axis. And a rotor head 4 that is rotatably supported and provided on the nacelle 3.
A plurality of (for example, three) wind turbine rotor blades 5 are attached to the rotor head 4 in a radial pattern around the rotation axis. As a result, the force of the wind striking the wind turbine rotor blade 5 from the direction of the rotation axis of the rotor head 4 is converted into power for rotating the rotor head 4 around the rotation axis.

このような風力発電装置1には、ナセル3の内部に配設された機器類を冷却するファンクーラが設けられている。
図1に示すファンクーラは、ナセル外殻10に開口してナセル内部に外気を導入する吸気口11と、ナセル外殻10に設けられてナセル内部の空気を排出する出口開口12と、出口開口12に連結されるダクト13の出口に形成されてナセル内部の空気を大気に排出する排気口14と、ナセル内部となる出口開口12の付近に設置され、吸気口11から外気を吸引するとともに排気口14からナセル内部の空気を排出させる換気ファン15とを備えている。
そして、本発明では、換気ファン15の下流側に、排気口14から排出させる空気の一部をナセル内部へ戻すために、隙間や開口部等のバイパス流路16が設けられている。
Such a wind turbine generator 1 is provided with a fan cooler that cools the devices disposed inside the nacelle 3.
The fan cooler shown in FIG. 1 has an inlet port 11 that opens into the nacelle shell 10 and introduces outside air into the nacelle, an outlet opening 12 that is provided in the nacelle shell 10 and discharges air inside the nacelle, and an outlet opening. 12 is formed at the outlet of the duct 13 connected to the exhaust port 14 for discharging the air inside the nacelle to the atmosphere, and is installed in the vicinity of the outlet opening 12 inside the nacelle. A ventilation fan 15 is provided to discharge air inside the nacelle from the mouth 14.
In the present invention, a bypass passage 16 such as a gap or an opening is provided on the downstream side of the ventilation fan 15 in order to return a part of the air discharged from the exhaust port 14 to the inside of the nacelle.

上述した構成のファンクーラは、換気ファン15を運転することにより、吸気口11からナセル内部の空気より温度の低い外気を吸引する。この外気は、ナセル3の内部を循環し、ナセル内部の機器類を空冷により冷却する換気空気として機能する。図1に示す構成例では、換気ファン15の上流側に潤滑油系統の熱交換器17が設置されているので、排気口14から大気へ排出される換気空気が熱交換器17を通過し、熱交換器17の内部を流れる高温の潤滑油と熱交換して冷却する。   The fan cooler configured as described above sucks outside air having a temperature lower than that of air inside the nacelle from the intake port 11 by operating the ventilation fan 15. This outside air functions as ventilation air that circulates in the nacelle 3 and cools the devices in the nacelle by air cooling. In the configuration example shown in FIG. 1, since the heat exchanger 17 of the lubricating oil system is installed on the upstream side of the ventilation fan 15, the ventilation air discharged from the exhaust port 14 to the atmosphere passes through the heat exchanger 17. Heat is exchanged with high-temperature lubricating oil flowing inside the heat exchanger 17 to cool it.

上述したファンクーラには、ナセル内部を循環して温度上昇した換気空気の一部をナセル3の内部へ戻すためのバイパス流路16が設けられている。このため、ナセル3の内部には、換気空気の一部がナセル内部へ逆流するようにして戻る空気の流れを生じることとなる。
この結果、排気口14から大気に排出されるナセル内部の換気空気量が減少するとともに、吸気口11における外気の導入量も減少するので、換気ファン15の抵抗となるナセル内部の負圧が減少してファン風量は増加する。このようなファン風量の増加は、ナセル3の内部を換気して冷却能力を増すことになる。このようなファン風量の増加による冷却能力の向上は、換気ファン15の運転時間を低減できるので、換気ファン15の運転に消費されていた電力分だけ発電量が増加することになるので、風力発電装置1の発電効率向上にも有効である。
The above-described fan cooler is provided with a bypass passage 16 for returning a part of the ventilation air whose temperature has risen by circulating inside the nacelle to the inside of the nacelle 3. For this reason, a flow of air is generated inside the nacelle 3 so that a part of the ventilation air returns to the inside of the nacelle.
As a result, the amount of ventilation air inside the nacelle discharged from the exhaust port 14 to the atmosphere is reduced, and the amount of outside air introduced into the intake port 11 is also reduced. Then the fan air volume increases. Such an increase in the fan air volume increases the cooling capacity by ventilating the interior of the nacelle 3. The improvement of the cooling capacity due to such an increase in the fan air volume can reduce the operation time of the ventilation fan 15, and therefore the power generation amount increases by the amount of electric power consumed for the operation of the ventilation fan 15. This is also effective for improving the power generation efficiency of the apparatus 1.

従って、外気温度の高い設置環境では、ファン風量の増加によりナセル内部の冷却能力が増加する。一方、外気温度の低い寒冷地等の設置環境では、もともとナセル内部の空気温度が低いため、ナセル内へ逆流した空気が冷却能力に影響を及ぼすことはない。
すなわち、上述したファン風量の増加は、図4に示すファン性能曲線(圧力Pと流量Qの関係を示す曲線)により説明することができる。この図において、ナセル圧損特性が破線で示す状態(Po −Pn)から実線で示す状態(Po −P′n)に変化すると、換気ファン15は、圧力PがΔPだけ低下するとともに、流量QがΔQだけ増加している。
Therefore, in an installation environment where the outside air temperature is high, the cooling capacity inside the nacelle increases due to an increase in the fan air volume. On the other hand, in an installation environment such as a cold district where the outside air temperature is low, the air temperature inside the nacelle is originally low, so the air flowing back into the nacelle does not affect the cooling capacity.
That is, the increase in the fan air volume described above can be explained by the fan performance curve (curve showing the relationship between the pressure P and the flow rate Q) shown in FIG. In this figure, when the nacelle pressure loss characteristic changes from the state indicated by the broken line (Po-Pn) to the state indicated by the solid line (Po-P'n), the ventilation fan 15 reduces the pressure P by ΔP and the flow rate Q is increased. It is increased by ΔQ.

ここで、図4に破線で示すナセル圧損特性(Po −Pn)は、従来技術として示した図6の構成において、吸気口31から吸引されて排気口33から排出されるファン合計風量をQ、ナセル30の外側圧力(大気圧力)をPo、ナセル30の内側圧力をPn、Ainを吸気口31の入口面積、ζinを吸気口31における入口の抵抗係数とし、〔数1〕に示す圧力のバランス式により求められる。   Here, the nacelle pressure loss characteristic (Po−Pn) indicated by a broken line in FIG. 4 is the same as that of the conventional technique shown in FIG. 6, where Q is the total fan air volume sucked from the intake port 31 and discharged from the exhaust port 33. The outer pressure (atmospheric pressure) of the nacelle 30 is Po, the inner pressure of the nacelle 30 is Pn, Ain is the inlet area of the intake port 31, ζin is the resistance coefficient of the inlet at the intake port 31, and the pressure balance shown in [Equation 1] It is calculated by the formula.

Figure 0004848398
また、図4に実線で示すナセル圧損特性(Po −P′n)は、数2に示す圧力のバランス式から求められる。このバランス式は、本発明の実施形態として示した図1の構成において、吸気口11から吸引される風量をQ′、バイパス流路16からナセル内部に戻されるバイパス風量をqとすれば、排気口14から排出されるファン合計風量は(Q−q)と表すことができるので、ナセル3の外側圧力(大気圧力)をPo、ナセル3の内側圧力をP′n、Ainを吸気口11の入口面積、ζinを吸気口11における入口の抵抗係数とすれば、下記に示す〔数2〕のようになる。
Figure 0004848398
Further, the nacelle pressure loss characteristic (Po−P′n) shown by a solid line in FIG. 4 is obtained from the pressure balance equation shown in Equation 2. In the configuration of FIG. 1 shown as the embodiment of the present invention, this balance equation is defined as Q ′ as the air volume sucked from the intake port 11 and q as the bypass air volume returned from the bypass flow path 16 to the inside of the nacelle. Since the total fan air flow discharged from the port 14 can be expressed as (Qq), the outer pressure (atmospheric pressure) of the nacelle 3 is Po, the inner pressure of the nacelle 3 is P'n, and Ain is the intake port 11. If the inlet area, ζin, is the resistance coefficient of the inlet at the intake port 11, [Equation 2] shown below is obtained.

Figure 0004848398
Figure 0004848398

図3に示す断面図は、ナセル3の内部に配設された主要な機器類について、具体的な配置及び冷却系統の一例を示す構成図である。
ナセル3は、ナセル外殻10の前端部下方に開口する吸気口11と、ナセル外殻10の上部に開口する出口開口12とを備えている。この出口開口12にはダクト13が連結され、ダクト13の出口がナセル内部の空気を大気に排出する排気口14となる。また、換気ファン15の下流側には、排気口14から排出させる空気の一部をナセル内部へ戻すバイパス流路16が設けられている。
The cross-sectional view shown in FIG. 3 is a configuration diagram showing an example of a specific arrangement and cooling system for main devices arranged inside the nacelle 3.
The nacelle 3 includes an intake port 11 that opens below the front end of the nacelle shell 10 and an outlet opening 12 that opens at the top of the nacelle shell 10. A duct 13 is connected to the outlet opening 12, and the outlet of the duct 13 serves as an exhaust port 14 for discharging the air inside the nacelle to the atmosphere. Further, on the downstream side of the ventilation fan 15, a bypass channel 16 is provided for returning a part of the air discharged from the exhaust port 14 to the inside of the nacelle.

ナセル3の内部には、ローターヘッド4と一体に回転する主軸20を支持する主軸受21が設置されている。主軸20の回転は、増速機22の出力軸23を介して発電機24を駆動する。このような主軸受21、増速機22及び発電機24は、回転部分の摺動部等に生じる摩擦熱によって温度上昇するので、潤滑油や空冷による冷却が必要となる。
また、ナセル3の内部には、制御パネル25やインバータ26等の発熱機器が設置されている。このような発熱機器類は、空冷等による冷却が必要となる。
A main bearing 21 that supports a main shaft 20 that rotates integrally with the rotor head 4 is installed inside the nacelle 3. The rotation of the main shaft 20 drives the generator 24 via the output shaft 23 of the speed increaser 22. The temperature of the main bearing 21, the speed increaser 22, and the generator 24 rises due to frictional heat generated in the sliding portion of the rotating part, and thus cooling by lubricating oil or air cooling is necessary.
Inside the nacelle 3, heat generating devices such as a control panel 25 and an inverter 26 are installed. Such heat generating devices need to be cooled by air cooling or the like.

ナセル3の内部に設置された機器類の冷却には、吸気口11から導入されて排気口14から排出される外気がナセル内部を循環する換気空気を使用している。この換気空気は、ナセル内部の出口開口12付近に設置されている換気ファン15を運転することにより、吸気口11から吸引した外気が排気口14から排出されるまでの間、ナセル3の内部を循環して空冷により機器類を冷却する。
具体的に説明すると、吸気口11から導入された外気は、ナセル3の内部を循環して排気口14から排出される換気空気となる。この換気空気は、主軸受21や増速機22に潤滑油を供給する潤滑油系統に設置された熱交換器(潤滑油冷却用ラジエータ)17を通過することにより、潤滑油と熱交換して高温の潤滑油を冷却する。なお、図中の符号17a及び17bは、熱交換器17と主軸受21及び増速機22との間を接続する潤滑油系統の潤滑油流路である。
For cooling the devices installed inside the nacelle 3, ventilation air is used in which outside air introduced from the intake port 11 and exhausted from the exhaust port 14 circulates inside the nacelle. This ventilation air operates inside the nacelle 3 until the outside air sucked from the intake port 11 is exhausted from the exhaust port 14 by operating the ventilation fan 15 installed near the outlet opening 12 inside the nacelle. Circulate and cool equipment by air cooling.
More specifically, the outside air introduced from the intake port 11 circulates in the nacelle 3 and becomes ventilation air discharged from the exhaust port 14. This ventilation air exchanges heat with the lubricating oil by passing through a heat exchanger (a lubricating oil cooling radiator) 17 installed in a lubricating oil system that supplies the main bearing 21 and the speed increaser 22 with lubricating oil. Cool hot lubricant. Reference numerals 17a and 17b in the figure are lubricating oil passages of the lubricating oil system that connect the heat exchanger 17, the main bearing 21, and the speed increaser 22.

発電機24の冷却は、ナセル3内の換気空気を利用して空冷により冷却される。図示の構成例では、発電機24が発電機クーラ24aを備えている。発電機クーラ24aは、クーラファン24bを運転してナセル3内の換気空気を導入する。この換気空気は、発電機24の必要箇所を冷却した後、ダクト24cを通ってナセル3の外部へ直接排気される。このような発電機24の空冷系統においても、ダクト24cの適所に隙間や開口部等を形成することにより、冷却後の温度上昇した換気空気について、一部をナセル3側に逆流させて戻すバイパス流路24dを設けてもよい。   The generator 24 is cooled by air cooling using the ventilation air in the nacelle 3. In the illustrated configuration example, the generator 24 includes a generator cooler 24a. The generator cooler 24a operates the cooler fan 24b to introduce the ventilation air in the nacelle 3. This ventilation air is exhausted directly to the outside of the nacelle 3 through the duct 24c after cooling a necessary portion of the generator 24. In such an air cooling system of the generator 24 as well, by forming a gap, an opening, or the like at an appropriate position of the duct 24c, a bypass is provided to return a part of the ventilation air whose temperature has risen after cooling back to the nacelle 3 side. A flow path 24d may be provided.

インバータ26の冷却は、インバータクーラ27により行われる。このインバータクーラ27は、クーラファン27aを駆動してナセル3内の換気空気を導入し、インバータクーラ27を通って循環するインバータ冷却系統の冷媒と熱交換させる。この結果、インバータ27を冷却して高温となった冷媒が換気空気により冷却され、ダクト27bを通ってナセル3の外部へ直接排気される。このようなインバータ26の冷媒冷却においても、ダクト27bの適所に隙間や開口部等を形成することにより、冷却後の温度上昇した換気空気について、一部をナセル3側に逆流させて戻すバイパス流路27cを設けてもよい。
また、制御パネル25の冷却についても、パネル内部の必要箇所に換気空気を供給するなどして冷却すればよい。
The inverter 26 is cooled by an inverter cooler 27. The inverter cooler 27 drives the cooler fan 27 a to introduce the ventilation air in the nacelle 3 and exchanges heat with the refrigerant of the inverter cooling system circulating through the inverter cooler 27. As a result, the refrigerant that has become high temperature by cooling the inverter 27 is cooled by the ventilation air, and is directly exhausted to the outside of the nacelle 3 through the duct 27b. In such refrigerant cooling of the inverter 26 as well, by forming a gap, an opening, or the like at an appropriate position of the duct 27b, a bypass flow in which a part of the ventilation air whose temperature has risen after cooling is caused to flow backward to the nacelle 3 side. A path 27c may be provided.
Also, the control panel 25 may be cooled by supplying ventilation air to necessary portions inside the panel.

このように、本発明の風力発電装置1では、換気ファン15の排気がダクト13を通って外気に向かう流れと、ナセル3の内部へ逆流するように向かう流れとが生じるように、バイパス流路16を形成する隙間や開口部を設けてあるので、吸気口11から導入された外気は、ナセル3の内部を通って流れる換気空気となり、さらに、熱交換器17及び換気ファン15を通過して温度上昇する。こうして温度上昇した換気空気は、一部がナセル3の内部空間に戻されて再循環する。
このように構成された風力発電装置1が寒冷地に設置された場合、換気ファン15を通過して暖められたナセル3内の換気空気が再びナセル3の内部に逆流しても、もともとの冷媒であるナセル内空気温度が低い状態にあるため、実用上換気ファン15の冷却能力に問題はない。また、温度上昇した空気をナセル3の内部に再循環させることで、低温で粘度が上昇する潤滑油等の油類を温めることもできる。
As described above, in the wind turbine generator 1 of the present invention, the bypass flow path is generated so that the exhaust of the ventilation fan 15 flows toward the outside through the duct 13 and the flow toward the back of the nacelle 3. 16 is provided, the outside air introduced from the intake port 11 becomes ventilation air flowing through the inside of the nacelle 3 and further passes through the heat exchanger 17 and the ventilation fan 15. The temperature rises. Part of the ventilation air whose temperature has risen in this way is returned to the internal space of the nacelle 3 and recirculated.
When the wind turbine generator 1 configured as described above is installed in a cold region, the original refrigerant is generated even if the ventilation air in the nacelle 3 heated through the ventilation fan 15 flows back into the nacelle 3 again. Since the air temperature in the nacelle is low, there is practically no problem with the cooling capacity of the ventilation fan 15. Further, by recirculating the air whose temperature has increased into the nacelle 3, oils such as lubricating oil whose viscosity increases at a low temperature can be warmed.

ところで、上述した実施形態のバイパス流路16は、隙間や開口部により定まる流路断面積を一定としたが、図5に示す他の実施形態では、流路断面積が可変のバイパス流路16Aを採用している。
すなわち、バイパス流路16Aの流路断面積を可変にすれば、季節や設置環境によって適宜流路断面積を調整し、換気ファン15のファン風量を最適化することができる。
By the way, although the bypass channel 16 of the above-described embodiment has a constant channel cross-sectional area determined by a gap or an opening, in another embodiment shown in FIG. 5, the bypass channel 16A having a variable channel cross-sectional area. Is adopted.
That is, if the cross-sectional area of the bypass flow path 16A is made variable, the cross-sectional area of the ventilation fan 15 can be optimized by adjusting the cross-sectional area as appropriate according to the season and installation environment.

外気温度の高い夏場においては、たとえば図5(a)に示すように、バイパス流路16Aを閉じて流路断面積を全閉の0にする。この結果、温度の高い換気空気がナセル3の内部へ逆流することはなく、従って、比較的温度の低い外気及び換気空気により機器類を効率よく冷却することができる。
一方、外気温度の低い冬場においては、たとえば図5(b)に示すように、バイパス流路16Aを全開にする。この結果、温度上昇した換気空気の一部がナセル3の内部へ逆流して再循環するようになるので、換気ファン15のファン風量増加や、低温で粘度の高い潤滑油を暖めることができる。
In the summertime when the outside air temperature is high, for example, as shown in FIG. As a result, the high-temperature ventilation air does not flow back into the nacelle 3, and therefore, the equipment can be efficiently cooled by the relatively low temperature outside air and ventilation air.
On the other hand, in winter when the outside air temperature is low, for example, as shown in FIG. As a result, part of the ventilation air whose temperature has risen flows back into the nacelle 3 and recirculates, so that it is possible to increase the fan air volume of the ventilation fan 15 and to warm the lubricating oil having a high viscosity at a low temperature.

上述したバイパス流路16,16Aは、換気ファン15の出口とダクト13との間に形成されてナセル3の内部と連通する隙間であることが好ましい。このような隙間のバイパス流路16,16Aは、たとえばダクト13の下端部を部分的に切り欠くことで容易に形成することができる。
そして、流路断面積可変のバイパス流路16Aは、たとえば図5(a)に示す蓋部材16aのように、隙間を埋める部材をボルト等で固定する着脱式が可能である。この場合、蓋部材16aを複数に分割し、固定する蓋部材16aの数に応じて複数段階の流路断面積を設定することができる。
The bypass channels 16 and 16A described above are preferably gaps that are formed between the outlet of the ventilation fan 15 and the duct 13 and communicate with the interior of the nacelle 3. Such bypass bypass passages 16 and 16A can be easily formed by partially notching the lower end of the duct 13, for example.
The bypass channel 16A having a variable channel cross-sectional area can be detachable, such as a lid member 16a shown in FIG. 5A, in which a member filling the gap is fixed with a bolt or the like. In this case, it is possible to divide the lid member 16a into a plurality of pieces and set the flow passage cross-sectional areas in a plurality of stages according to the number of lid members 16a to be fixed.

また、上述した流路断面積可変のバイパス流路16Aは、隙間を埋める部材位置をガイド等に沿って移動させ、所定の範囲内で複数段または無段階に流路断面積を調整可能とするスライド式や、あるいは、換気ファン15の設置位置をレール上等で移動させ、所定の範囲内で複数段または無段階に流路断面積を調整可能とするファンスライド式を採用してもよい。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明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。
Further, the above-described bypass channel 16A having a variable channel cross-sectional area allows the position of a member filling the gap to be moved along a guide or the like so that the channel cross-sectional area can be adjusted in a plurality of steps or steplessly within a predetermined range. A slide type or a fan slide type in which the installation position of the ventilation fan 15 is moved on a rail or the like and the cross-sectional area of the flow path can be adjusted in a plurality of steps or steplessly within a predetermined range may be adopted.
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably.

本発明に係る風力発電装置の一実施形態として、ナセル内を換気して冷却するファンクーラの構成例を示すナセル内部の断面図である。It is sectional drawing inside a nacelle which shows the structural example of the fan cooler which ventilates and cools the inside of a nacelle as one Embodiment of the wind power generator which concerns on this invention. 風力発電装置の概要を示す側面図である。It is a side view which shows the outline | summary of a wind power generator. ナセル内に配設された主要機器類の具体的な配置及び冷却系統の概要を示すナセル内部の断面図である。It is sectional drawing inside a nacelle which shows the specific arrangement | positioning of the main apparatuses arrange | positioned in a nacelle, and the outline | summary of a cooling system. ファン性能(P−Q)曲線とナセル圧損特性との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a fan performance (PQ) curve and a nacelle pressure loss characteristic. 他の実施形態として流路断面積を可変としたバイパス流路の構成例を示す要部断面図であり、(a)は流路断面積を全閉の0とした場合、(b)は流路断面積を全開とした場合を示している。It is principal part sectional drawing which shows the structural example of the bypass flow path which made the flow-path cross-sectional area variable as other embodiment, (a) is a flow path cross-sectional area, and (b) The case where the road cross-sectional area is fully opened is shown. 風力発電装置のナセル内を換気して冷却するファンクーラの従来構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the conventional structure of the fan cooler which ventilates and cools the inside of the nacelle of a wind power generator.

符号の説明Explanation of symbols

1 風力発電装置
3 ナセル
4 ローターヘッド
5 風車回転翼
10 ナセル外殻
11 吸気口
12 出口開口
13 ダクト
14 排気口
15 換気ファン
16,16A バイパス流路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wind power generator 3 Nacelle 4 Rotor head 5 Windmill rotary blade 10 Nacelle outer shell 11 Inlet port 12 Outlet opening 13 Duct 14 Exhaust port 15 Ventilation fan 16, 16A Bypass flow path

Claims (3)

ナセルの内部に配設された機器類を冷却するファンクーラが設けられている風力発電装置において、
前記ファンクーラが、ナセル外殻に開口してナセル内部に外気を導入する吸気口と、ナセル外殻に設けられてナセル内部の空気を排出する出口開口と、該出口開口に連結されるダクトの出口に形成されて前記ナセル内部の空気を大気に排出する排気口と、前記ナセル内部の前記出口開口付近に設置され、前記吸気口から外気を吸引するとともに前記排気口から前記ナセル内部の空気を排出させる換気ファンとを備え、
前記換気ファンの下流側に、前記排気口から排出させる空気の一部を前記ナセル内部へ戻すバイパス流路を設けたことを特徴とする風力発電装置。
In the wind turbine generator provided with a fan cooler for cooling the devices arranged inside the nacelle,
The fan cooler opens to the outer shell of the nacelle and introduces outside air into the nacelle, an outlet opening provided in the outer shell of the nacelle for discharging air inside the nacelle, and a duct connected to the outlet opening An exhaust port that is formed at the outlet and discharges air inside the nacelle to the atmosphere, and is installed in the vicinity of the outlet opening inside the nacelle, and sucks outside air from the intake port and draws air inside the nacelle from the exhaust port. With a ventilation fan to discharge,
The wind turbine generator according to claim 1, wherein a bypass passage is provided downstream of the ventilation fan to return a part of the air discharged from the exhaust port to the inside of the nacelle.
前記バイパス流路の流路断面積が可変であることを特徴とする請求項1に記載の風力発電装置。   The wind turbine generator according to claim 1, wherein a channel cross-sectional area of the bypass channel is variable. 前記バイパス流路が、前記換気ファンの出口と前記ダクトとの間に形成された隙間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。   The wind power generator according to claim 1 or 2, wherein the bypass channel is a gap formed between an outlet of the ventilation fan and the duct.
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