特表 2018-526567 風力エネルギー設備および風力エネルギー設備の冷却を制御するための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】特表2018-526567(P2018-526567A)

(43)【公表日】2018年9月13日

(54)【発明の名称】風力エネルギー設備および風力エネルギー設備の冷却を制御するための方法

(51)【国際特許分類】

   F03D 80/60 20160101AFI20180817BHJP

【ＦＩ】

   F03D80/60

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2018-507573(P2018-507573)

(86)(22)【出願日】2016年8月31日

(85)【翻訳文提出日】2018年4月10日

(86)【国際出願番号】EP2016070502

(87)【国際公開番号】WO2017037109

(87)【国際公開日】20170309

(31)【優先権主張番号】102015217035.7

(32)【優先日】2015年9月4日

(33)【優先権主張国】DE

(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US

(71)【出願人】

【識別番号】512197272

【氏名又は名称】ヴォッベン プロパティーズ ゲーエムベーハー

【氏名又は名称原語表記】ＷＯＢＢＥＮ ＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100105050

【弁理士】

【氏名又は名称】鷲田 公一

(72)【発明者】

【氏名】デ フリース ヤン

(72)【発明者】

【氏名】エンスコナトュス カイ

(72)【発明者】

【氏名】ケニッツ マルテ

【テーマコード（参考）】

3H178

【Ｆターム（参考）】

3H178AA03

3H178AA43

3H178BB52

3H178BB79

3H178CC23

3H178DD12Z

3H178DD34Z

3H178DD51X

3H178DD54X

3H178DD65X

3H178EE03

3H178EE24

(57)【要約】

【課題】風力発電設備のための冷却を提供する。
【解決手段】風力発電設備が提案され、冷却媒体が中を流れる導管は、風力発電設備の内部からタワー壁を通ってあるいは基礎を通って外方に通過して、熱交換器の冷却導管は外側からタワーに圧接され、あるいは、そこに配置され、また、タワー壁と冷却システムの壁のカバーとの間に配置される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

タワー壁（１０２ａ）および長手軸（１０２ｂ）を有するタワー（１０２）と、
複数の熱交換器（２１０）を有し、前記タワー（１０２）の下部領域の第１の冷却ユニット（２００）と、
前記タワー壁（１０２ａ）に対して間隔をあけた外側壁（２０２）と、を含む風力発電設備であって、
前記複数の熱交換器（２１０）は、前記タワー壁（１０２ａ）と前記第１の冷却ユニット（２００）の前記外側壁（２０２）との間に配置され、
前記第１の冷却ユニット（２００）は、前記複数の熱交換器（２１０）の下の複数の下部開口（２０４）と、前記複数の熱交換器（２１０）の上の複数の上部開口（２０５）と、を有し、
前記第１の冷却ユニット（２００）は、前記タワー壁（１０２ａ）と前記冷却ユニット（２００）の前記外側壁（２０２）との間に延びてそれらの間の中間スペースの上を覆う屋根（２０３）を有する、風力発電設備。

【請求項2】

前記複数の熱交換器（２１０）と、特に熱交換器表面とは、前記風力発電設備の前記タワー（１０２）の前記長手軸（１０２ｂ）に対して実質的に垂直または水平に配置される、請求項１に記載の風力発電設備。

【請求項3】

前記第１の冷却ユニット（２００）は、前記タワー壁（１０２ａ）および／または基礎（６００）を通って延びて冷却媒体がその中を流れる少なくとも１つの冷却導管を有し、
前記第１の冷却ユニット（２００）は、前記下部開口（２０４）を通して空気を取り入れてそれを前記熱交換器（２１０）に通し、したがって前記空気が前記上部開口（２０５）を通って出ることができる、少なくとも１つのファン（２２０）を有する、請求項１または２に記載の風力発電設備。

【請求項4】

前記タワー（１０２）の内部に、少なくとも１つのファン（１００ａ）および少なくとも１つの冷却通路（１１１、１１２）を前記タワー壁（１０２ａ）および／または前記基礎（６００）に有する第２の冷却ユニットが設けられ、
前記ファン（１００ａ）は、冷却する目的のために、前記タワー壁（１０２ａ）および／または前記基礎（６００）に沿った前記少なくとも１つの冷却通路（１１１、１１２）に沿って、空気を流れさせるように適合される、請求項１から３のいずれか一項に記載の風力発電設備。

【請求項5】

上に前記タワー（１０２）が設けられる、基礎（６００）と、
前記基礎（６００）の中または上の貯蔵室（１００ｂ）であって、特に熱貯蔵手段の形態の第３の冷却ユニット（４００）が前記貯蔵室（１００ｂ）に設けられる、貯蔵室（１００ｂ）と、
前記第１、第２および／または第３の冷却ユニット（２００、１００ａ、４００）を制御するように適合された冷却制御ユニット（３００）と、をさらに含む請求項１から４のいずれか一項に記載の風力発電設備。

【請求項6】

前記風力発電設備の前記基礎（６００）の第４の冷却ユニット（５００）をさらに含み、
前記第４の冷却ユニット（５００）は、少なくとも１つの冷却通路（５０１）を前記基礎（６００）に有し、
前記制御ユニット（３００）は、前記第１、第２、第３および／または第４の制御ユニットの動作を制御するように適合される、請求項４に記載の風力発電設備。

【請求項7】

タワー壁（１０２ａ）を備えたタワー（１０２）を有する風力発電設備用のレトロフィット可能な冷却ユニット（２００）であって、
屋根（２０３）と、
複数の下部開口および上部開口（２０４、２０５）を有する外側壁（２０２）と、
前記外側壁（２０２）の内側における前記下部開口（２０４）と前記上部開口（２０５）との間の複数の熱交換器（２１０）と、を含み、
前記冷却ユニット（２００）は、前記タワー壁（１０２ａ）まわりに配置することができる、冷却ユニット。

【請求項8】

タワー壁（１０２ａ）および長手軸（１０２ｂ）を有するタワー（１０２）を有する風力発電設備の冷却を制御する方法であって、
前記風力発電設備は、
前記タワー（１０２）の前記下部領域の、前記タワーの外側の、複数の熱交換器（２１０）を備える、第１の冷却ユニット（２００）、
前記風力発電設備の前記タワーの内部の第２の冷却ユニット（１００ａ、１１１、１１２）、
前記風力発電設備の貯蔵室の第３の冷却ユニット（４００）、および／または、
前記風力発電設備の基礎（６００）の第４の冷却ユニット（５００）を含み、
冷却制御ユニット（３００）を用いて前記第１、第２、第３および／または第４の冷却ユニット（２００、１００ａ、４００、５００）の動作を制御するステップを含み、
第１の動作モードでは、前記４つの冷却ユニットのうちの１つが作動され、その一方、残りが停止され、
第２の動作モードでは、前記４つの冷却ユニットのうちの２つが作動され、その一方、残り２つが停止され、
第３の動作モードでは、前記４つの冷却ユニットのうちの３つが作動され、
第４の動作モードでは、全ての４つの冷却ユニットが停止される、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、風力発電設備および風力発電設備の冷却を制御するための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

風力発電設備におけるエネルギーの変換では、損失は、通常、熱の形態で生じる。そのことは、風力発電設備の発電機での風の運動エネルギーの電気エネルギーへの変換（その場合、それらの損失は、風力発電設備の主駆動トレインで通常起こる）に関して、またグリッド、例えば、中電圧グリッドへの、風力発電設備によって生じるエネルギーの給電において当てはまる。パワーエレクトロニクス装置、例えば、インバータ、変圧器および／または開閉設備などは、通常その目的のために必要とされる。

【0003】

風力発電設備において風力発電設備のポッドに配設される主駆動トレインでは、損失は、トランスミッション（そのようなものが設けられる場合）で、ベアリングで、発電機（例えば、ヒステリシス損）で、あるいは、例えば、液圧設備または開ループもしくは閉ループ制御ユニット（例えば、ロータ・ブレードがそれによって設定されるピッチ・ドライブ、または、風力発電設備がそれによって風に関連して設定されるヨー・ドライブ）のような他の制御ユニットで、決定的に起こる。さらに、例えば、変圧器、整流器および／または同種のもののようなパワーエレクトロニクス装置が風力発電設備のポッドに配設される場合、熱は、そのようなユニットで風力発電設備の稼動中にも作り出され、消散されなければならない。

【0004】

歯車なし風力発電設備の場合、主要な損失は、発電機の主駆動トレインで起こる、つまり、一方では風力発電設備のポッドで、また、グリッド変圧器で、おそらくはパワーエレクトロニクス、例えば、インバータで起こり、後者は、風力発電設備のタワーの基部の領域内に通常配設される。１．５ＭＷ風力発電設備の場合、損失は、５０ｋＷ〜１００ｋＷの範囲にある場合がある。

【0005】

特許文献１は、閉じた冷却回路を有する風力発電設備を開示し、風力発電設備のタワーは、冷却要素としてまたは熱交換手段として冷却回路の中に組み込まれ、風力発電設備の内部で発生する熱は、風力発電設備のタワーを経由して排出される。その構造の利点は、所望の冷却効果が、できるだけ少ない外部空気によって達成することができ、したがって、空気からの湿気、塵埃または他の成分（例えば、塩を含む）の進入が、最善の可能な程度まで防止され、あるいは、いずれにしても他の構造と比べて著しく減少することである。しかしながら、風力発電設備内の部品の十分な冷却を提供することが可能でない場合、そのとき幾つかの状況下では、冷却効率を改善するために、外部からの外部空気の供給に頼ることが必要である。それは、塵埃や塩などによる問題を伴う場合がある。

【0006】

特許文献２は、風力発電設備を開示しており、熱媒体用の導管は、少なくとも一部には風力発電設備の基礎を通って延びて、熱を地面と交換するのに適しており、その場合、導管は、少なくとも一部には地面自体を通っても延びることになる。

【0007】

特許文献３は、風力発電設備用の熱管理システムを開示し、発熱部品（変圧器、変換器など）は、風力発電設備のタワーの内側表面に直接配置され、発熱部品によって生じる熱は、風力発電設備のタワーの内側表面に直接消散され、それによって、風力発電設備タワー全体への良好な熱伝導ルートが提供される。

【0008】

特許文献４は、風力発電設備および風力発電設備の部品を用いた温度調節の方法を開示し、温度調節は、少なくとも１つの断熱流体貯蔵手段と、少なくとも１つの部品を備えた流体貯蔵手段を風力発電設備に連結する導管システムと、導管システムを介して流体を輸送するためのデバイスと、を含み、少なくとも１つの部品および導管システムは、互いに熱的な関係にある。流体貯蔵手段は、風力発電設備のタワーの外側に配設される。

【0009】

特許文献５は、風力発電設備を開示し、冷却リブの形態の熱交換器は、タワーの外側に配置され、熱伝導媒体（例えば、空気または水）が通過してタワー壁を貫き、媒体は、風力発電設備内の風力発電設備の部品によって加熱され、したがって、加熱された媒体は、タワーの外側に通過され、そこでの目的は、熱交換器を用いて冷却することである。熱交換器は、風力発電設備のタワーの少なくとも４つの側面に配置され、それによる目的は、風の向きにかかわらず常に最適な冷却を提供することである。

【0010】

特許文献６は、風力発電設備を開示し、風力発電設備のタワー内部で生じる熱は、熱担持媒体を経由して熱交換器およびそれに連結された導管システムによって消散され、より具体的には、風力発電設備の基礎を通して、タワーの外側の傍らに配設される別の熱交換器の中に消散される。

【0011】

風力発電設備のための別の冷却の考え方は、例えば、特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１、特許文献１２、特許文献１３、特許文献１４、特許文献１５、特許文献２から公知でもある。

【0012】

既に以前から公知である解決策の幾つかは、やはり一部には非常にコストが掛かり（例えば、特許文献２または特許文献６から公知のそれら）、特許文献４から公知の解決策は、沖合いでの使用にも適していない。

【0013】

最後に、以前から公知の解決策の多くは、極端にメンテナンスが多く、それが今度はシステムのコストを増大させる。さらに、以前から公知の解決策の大部分は、既存の設備においてレトロフィットすることができず、幾つかの解決策、例えば、特許文献５から公知のものは、破壊行為、つまり、タワーの外側壁に配設した冷却リブの故意の破壊から安全ではない。

【0014】

具体的には、特許文献５、特許文献４、特許文献３または特許文献２から公知の解決策は、風力発電設備全体に関して魅力的な美観のための要件に従わない。
優先権主張の基礎である独国特許出願に基づいて、ドイツ特許商標庁は、次の文献、すなわち、特許文献１６、特許文献１７および特許文献１８をサーチした。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0015】

【特許文献1】欧州特許第１２００７３３号

【特許文献2】独国特許出願公開第１０２００４０６１３９１号

【特許文献3】欧州特許第２００２１２０号

【特許文献4】独国特許出願公開第１０２００９０５５７８４号

【特許文献5】欧州特許第１７９８４１４号

【特許文献6】欧州特許第２２０３６４２号

【特許文献7】国際公開第９９／３００３１号

【特許文献8】独国特許第１９５２８８６２号

【特許文献9】独国特許第２７０７３４３号

【特許文献10】独国特許第６９２１７６５４号

【特許文献11】特公昭６０−２４５９５５号

【特許文献12】特公昭６０−０９３２６１号

【特許文献13】独国特許出願公開第１０３５２０２３号

【特許文献14】国際公開第０１／７７５２６号

【特許文献15】米国特許第７１６８２５１号

【特許文献16】独国特許第１９９３２３９４号

【特許文献17】米国特許出願公開第２０１２／０１１９５０５号

【特許文献18】欧州特許出願公開第２０００６６８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0016】

それ故に、本発明の目的は、風力発電設備のための冷却を提供することであり、上述した風力発電設備のための特有の冷却における不都合を回避し、さらには美的に魅力的な外観をもたらし、メンテナンスが少なく、破壊行為による損傷に対して極めて十分に安全であり、レトロフィットすることもでき、そのうえ安価であり、冷却特性の改善ももたらす。

【課題を解決するための手段】

【0017】

その目的は、請求項１に係る風力発電設備を用いて達成される。

【0018】

有利な展開については、添付した特許請求の範囲に説明されている。

【0019】

このように第１の冷却ユニットを有する風力発電設備が提案され、冷却媒体が中を流れる導管は、風力発電設備の内部からタワー壁を通ってあるいは基礎を通って外方に通過して、熱交換器の冷却導管は、外面からタワーに圧接され、あるいは、そこに配置され、また、タワー壁と冷却システムの壁のカバーとの間に配置される。

【0020】

この解決策の利点は、第１の冷却ユニットが、基礎の領域に、つまり、地面に近いタワーの領域に、例えば、風力発電設備の基礎に近いタワー・セグメントに、設けることができることであり、風力発電設備の全体的な美観は、カバーによって深刻な悪影響を受けることがなく、解決策は、特に、既存の風力発電設備（それ故に既に稼動中である）においてレトロフィットすることができ、解決策は、極めて十分な耐破壊行為性も有し、維持もし易い。

【0021】

タワー壁（外向き側）と冷却システムのカバー（内向き側）との間の領域に設けることが好ましいものは、換気システムであり、例えば、複数のファンを含むが、その目的は、そのように冷却空気を、外部から、例えば下部領域の開口を通して取り入れて、タワー壁とカバーとの間のスペースの中にそれを押し入れることであり、それによる目的は、熱交換器中のそこに配設された冷却導管まわりに流すこと、および、冷却導管の中にある冷却媒体を冷却すること、である。

【0022】

タワー基部の領域の冷却システムのカバーまたは壁が、例えば、着色することによって、タワーの外観全体に視覚的に調和する場合、カバーまたは壁の全体も、やはり殆ど知覚できるものではなく、したがって、殆どまたは全く風力発電設備全体の美観に悪影響を及ぼさない。冷却システムは、そのうえカバーまたは壁のおかげで破壊行為に対して極めて十分に安全であり、それは、カバーまたは壁が金属板などを含むときに特に当てはまり、特に、本発明に係る冷却システムは、いつでもレトロフィットすることができる。加えて、本発明に係る冷却システムは、メンテナンスが極めて少なく、こうして本発明に係る解決策は、非常に安価である。

【0023】

タワーの近くの領域では、風力発電設備のタワーは、１つ、２つまたはそれより多くの扉を通常有する。ここでそのような風力発電設備が、冷却システムとそのカバーまたは壁とをタワーの基部近くの領域に装備する場合、タワーへのアクセスは、明らかにいつでも可能でなければならず、したがって、冷却導管などは、扉の表面上を覆うべきではない。他方で、タワー自体に存在する実際の扉の前に、カバーに第２の扉を設けることが可能であり、したがって、風力発電設備へのアクセスのために、２つの扉を開くことが必要になる。それは、なお一層、風力発電設備への犯罪的なアクセスおよび無許可の進入に対する風力発電設備の構造的なセキュリティを向上させる。

【0024】

その点において、カバーまたは壁に存在してタワー壁の扉に向かい合っている扉は、風力発電設備のタワーの扉と異なった施錠鍵システムを有するように装備される場合もある。加えて、カバーの扉は、警報システムを具備する場合があり、したがって、誰かが侵入してその扉をこじ開けると、警報が自動的にトリガされて、無許可の人物は、そのとき依然としてタワー壁の扉を開かなければならず、それは、ある長さの時間を必要とし、こうしてサービスマン（または警官）や同種の者が風力発電設備に適時に到着することを可能にして、風力発電設備のセキュリティを回復させる。

【0025】

その点において、特に好ましいことは、カバーまたは壁に設けられる扉が摺動型扉の形態を有することであり、その前方端部の扉リーフは、扉が閉じているとき、カバーの背後にあり、こうして、泥棒の道具をもってしても脇に押し進めることができない。

【0026】

カバーまたは壁の扉は、風力発電設備全体の美的なまとまった印象をさらに促進させる。

【0027】

好適な（また代替の）実施形態では、冷却導管は、それ自体が風力発電設備の基礎を通される場合もあり、したがって、冷却媒体によって排出される熱は、風力発電設備の基礎の中に排出される。

【0028】

タワー基礎に配設される再冷器または熱交換器を冷却導管に連結することも可能である。

【0029】

この実施形態における本発明に係る冷却装置は、タワー基部の領域の熱の排出という利益も有しているが、その意味することは、タワーのこの領域が、外が極めて冷たい、例えば、摂氏マイナス３０度のときでさえ、常に（外気温に較べると）著しく高めの温度であり、したがって、タワー内の何れの機器も、霜害や錆損、冷気、湿度などからより良く保護されることである。

【0030】

また、寒冷期の前に激しい雨が設備を叩き、タワーから流れ落ち／滴り落ちてその後にそこで凍結する雨のせいで、水もまたタワー壁の扉に打ちつけるということが以前から既に発生している。そのような状況では、サービスマンがそのような扉をとにかく開けることは、着氷のせいで、極めて困難である。本発明によってここでも確保されることは、先ず第一にそのような扉での着氷がとにかく起こり得ないこと、したがって、設備へのアクセスが常に保証されること、である。

【0031】

上で説明した変形例では、本発明に係る冷却手段は、風力発電設備の単独の冷却デバイスを形成する。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】本発明に係る風力発電設備の概略図である。

【図2】第１の実施形態に係る風力発電設備のタワーの下部領域の概略図である。

【図3】第１の実施形態に係る風力発電設備のタワーの概略部分断面図である。

【図4】第２の実施形態に係る風力発電設備の冷却ユニットの概略図である。

【図5】第１または第２の実施形態に係る風力発電設備のタワーの下部領域の断面図である。

【図6】第１または第２の実施形態に係る風力発電設備のタワーの下部領域の概略断面図である。

【図7】第３の実施形態に係る風力発電設備の概略断面図である。

【図8】第４の実施形態に係る風力発電設備の概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

図１は、本発明に係る風力発電設備の概略図を示す。風力発電設備１００は、長手軸１０２ｂを有するタワー１０２と、タワー１０２上のポッド１０４と、を有する。タワー１０２は、重ねて配置されてタワー１０２を構成する複数のタワー・セグメントを有する場合がある。ポッド１０４に設けられるのは、エアロダイナミック・ロータ１０６であり、例えば、３つのロータ・ブレード１０８とスピナ１１０を備える。エアロダイナミック・ロータ１０６は、風力発電設備の稼働中、風によって回転を引き起こされ、したがって、エアロダイナミック・ロータ１０６に直接または間接に結合されている発電機のロータ部材も回転させる。発電機は、ポッド１０４に配置され、電気エネルギーを発生させる。ロータ・ブレード１０８のピッチ角は、それぞれのロータ・ブレード１０８のロータ・ブレード根元のピッチ・モータによって変えられる場合がある。

【0034】

第１の冷却ユニット２００は、下部タワー・セグメントの領域に設けられる。この場合、第１の冷却ユニット２００は、下部に、すなわち下部タワー・セグメントまたはタワー基部まわりにおいて、外側から設けられる。

【0035】

本発明によれば、冷却ユニットは、連続的なリングの形態、あるいは、連続的でもなくセグメント的に、例えば、風力発電設備のタワーまわりの２分の１セグメント、４分の１セグメント、８分の１セグメントなどの形態、である場合がある。

【0036】

図２は、第１の実施形態に係る風力発電設備のタワーの下部領域の概略図を示す。第１の冷却ユニット２００は、壁２０２および屋根２０３を有しており、タワー１０２を完全に取り囲むことが好ましい。しかしながら、それに対する代案として、第１の冷却ユニット２００は、タワー１０２を部分的にだけ取り囲むこともある。第１の冷却ユニット２００は、複数の下部開口２０４と、壁２０２の複数の上部開口２０５と、を有する。上部開口は、第１の冷却ユニットの屋根２０３に設けられる場合もある。第１の冷却ユニットは、少なくとも１つの扉２０１も有する。

【0037】

図３は、第１の実施形態に係る風力発電設備のタワーの概略部分断面図を示す。第１の冷却ユニット２００は、複数の下部開口２０４と、複数の上部開口２０５と、を有する壁２０２を有する。壁２０２は、タワー１０２の壁１０２ａに対して間隔をあけている。複数の熱交換器２１０は、タワー壁１０２ａと第１の冷却ユニット２００の壁２０２との間に設けられる。熱交換器２１０は、例えば、１つの冷却導管または複数の冷却導管を有することがある。任意で、熱交換器２１０は、タワー１０２の長手方向１０２ｂに垂直に配置される場合がある。

【0038】

本発明によれば、冷たい空気は、下部開口２０４を通して吸引され、案内されて熱交換器２１０を通り過ぎる場合があり、加熱された空気は、その後に上部開口２０５を経由して外方に排出される場合がある。

【0039】

本発明によれば、冷却剤は、熱交換器２１０に存在する場合があり、冷却剤は、タワー壁１０２ａを通過して、風力発電設備の部品を冷却する。

【0040】

具体的には、熱交換器２１０は、活性の熱交換表面２１１を表す熱交換器表面２１１を有することがある。熱交換表面２１１は、例えば、冷却導管の複数の壁を有することがあり、したがって、熱交換表面２１１を通って流れる冷たい空気は、冷却導管中の冷却剤を冷却する。

【0041】

図４は、第２の実施形態に係る風力発電設備の第１の冷却ユニットの概略図を示す。図４は、特に、第１の冷却ユニット２００だけを示す。第１の冷却ユニット２００は、壁２０２と、複数の下部開口２０４と、複数の上部開口２０５と、複数の熱交換器２１０と、を有する。任意で、ファン２２０が、熱交換器２１０の下にそれぞれ配置されることがある。したがって、冷たい空気は、ファン２２０によって下部開口２０４を経由して吸引され、案内されて熱交換器２１０（そこでは加熱されている）を通り過ぎ、上部開口２０５を経由して排出されることがある。熱交換器２１０中の冷却剤は、その空気流によって冷却される場合がある。

【0042】

図５は、風力発電設備のタワーの下部領域の断面を示す。第１の冷却ユニット２００の壁２０２は、タワー・セグメント１０２の壁１０２ａに対して間隔をあけて配設される。複数の熱交換器２１０は、タワー壁１０２ａと第１の冷却ユニット２００の壁２０２との間の領域に設けられる場合がある。

【0043】

図６は、第１または第２の実施形態に係る風力発電設備のタワーの下部領域の概略断面図を示す。第１の冷却ユニット２００は、タワー壁１０２ａに対して間隔をあけた壁２０２と、複数の下部開口２０４と、複数の上部開口２０５と、を有する。複数の熱交換器２１０は、タワー壁１０２ａと第１の冷却ユニット２００の壁２０２との間に設けられ、例えば、タワーの長手軸に垂直に配置される。任意で、ファン２２０が、各熱交換器２１０の下に設けられる場合がある。

【0044】

本発明の代替的な実施形態では、第１の冷却ユニット２００は、換気装置またはファン２２０を何ら有していないが、少なくとも１つのポンプを有しており、熱交換器２１０を通して冷却剤を搬送する。

【0045】

図７は、第３の実施形態に係る風力発電設備の概略断面図を示す。図７は、特許文献１に説明されているような風力発電設備を示す。それに加えて、タワーの下部領域に設けられるのは、第１または第２の実施形態に係る第１の冷却ユニット２００である。このように、第３の実施形態の風力発電設備は、２つの冷却システムすなわち冷却ユニットを有する。図７は、ポッド１０４をタワー１０２の頭部端部に有する風力発電設備を貫く断面を示す。ポッド１０４は、風力発電設備の主駆動トレインを収容する場合がある。その主駆動トレインは、エアロダイナミック・ロータ１０６とそれに実装されたロータ・ブレード１０８とを実質的に含む。エアロダイナミック・ロータ１０６は、発電機ロータ部材１６０および発電機ステータ１７０を有する発電機１３０に連結されている。エアロダイナミック・ロータ１０６が発電機ロータ部材１６０と共に回転すると、電気的エネルギーは、例えば、交流または直流の形態で発生する。変圧器１８０と、インバータを有するパワー・キャビネット１９０とは、タワー１０２の下部領域に設けられる場合がある。

【0046】

しかも、風力発電設備は、例えば、タワー１０２の下部領域に少なくとも１つのファン１００ａを有する第２の冷却ユニットを有し、ファン１００ａは、変圧器１８０およびパワー・キャビネットもしくはインバータ１９０の領域から、タワー１０２の壁に沿った通路１１２を通して、上向きにポッド１０４の中に空気を駆動する場合がある。そこでの空気流は、発電機１３０を通って流れてもしくは通り過ぎて、再度タワー１０２の壁１０２ａに沿って下向きに流れる。このように空気は冷却され、閉じた冷却回路が得られ、特に、沖合い領域で極めて有利であり、何故なら、そのように外部空気が進入できないからかまたは著しく制限された外部空気だけが進入できるからである。冷却通路１１２、１１１は、ホースまたは導管の形態である場合がある。それに対する代案として、タワー１０２の壁は、二重壁構造である場合がある。加熱された空気が、タワー１０２の下部領域から通路１１１を通って上向きに流れ、このようにタワー１０２の壁を流れて通り過ぎるという理由で、タワー１０２の壁は、熱交換器として作用し、したがって、空気は、通路内部で冷却される。

【0047】

任意で、パワー・キャビネット１９０および変圧器１８０は、第２の冷却ユニットの冷却通路１１１、１１２を通る空気流によって冷却される場合がある。

【0048】

既に上で説明したように、本発明に係る冷却ユニット２００は、タワー１０２の下部領域に付加的に設けられる。

【0049】

このように、第３の実施形態の風力発電設備は、２つの冷却ユニットを含む冷却システムを有する。第２の冷却ユニットは、タワー１０２の壁の通路１１１、１１２によって、また、ファン１００ａによって、設けられる。第１の冷却ユニット２００は、第１または第２の実施形態の冷却ユニットに対応する。

【0050】

両冷却ユニットの組合せの場合、本発明によれば、冷却ユニットの個々は、一方で風力発電設備の最適な冷却を達成すると共に他方で個別の冷却ユニットの最適な動作をも達成するように、そのとき制御される場合がある。

【0051】

第３の実施形態の風力発電設備は、冷却制御ユニット３００を有する。冷却制御ユニット３００は、第１の冷却ユニット２００、２１０と、同様に第２の冷却ユニット（ファン１００ａ）と、の双方に接続される。制御ユニット３００は、例えば、発電機の温度、変圧器の温度、パワー・キャビネットの温度、外気温などのような風力発電設備の運転パラメータを受け取って、第１および第２の冷却ユニットの動作を適切に制御する場合もある。冷却制御ユニット３００の第１の動作モードでは、第２の冷却ユニットだけが、ファン１００ａの回転の速度を制御することによって制御される。その場合、第１の冷却ユニット２００が停止される場合がある。第２の動作モードでは、第１の冷却ユニット２００だけが、作動され、第２の冷却ユニット１００ａはそうでない。第３の動作モードでは、第１の冷却ユニット２００と、同様に第２の冷却ユニット１００ａと、の双方が、作動される。冷却制御ユニット３００は、第１および第２の冷却ユニット２００，１００ａの動作を制御するように適合され、したがって、第１および第２の冷却ユニットの冷却特性を考慮する最適な冷却を達成する。

【0052】

このように、本発明の態様によれば、両方の冷却ユニットがそれぞれ最大限の出力で常に一定して風力発電設備の全体的なアセンブリの冷却に貢献するのではなく、風力発電設備のための第１の冷却効果が必要とされるときに、第１または第２の実施形態に従って本発明に係る第１の冷却ユニットが最初に動作し、冷却要求のさらなる増加によって、タワーの内部の第２の冷却ユニット、つまり、閉じた冷却ユニットが、スイッチオンされることが可能である。

【0053】

理解されるであろうことは、個別のシステムが正確に逆の形態でスイッチオンすることもできることであり、したがって、例えば、風力発電設備の低い部分負荷の範囲内で、最初に、動作は、図７の第１の冷却ユニットだけを用いて実行されるべきであり、第２の冷却ユニットが追加されるのは、冷却のなお一層の要求があるときだけである。

【0054】

個別の冷却ユニットのスイッチオンは、目標指向の形態で制御ユニット３００を用いて制御される場合があり、個別の冷却ユニットの冷却のそれぞれの割合は、目標指向の形態で調整される場合があるが、それによる目的は、一方で風力発電設備の部品の最適な冷却を提供することであり、他方で風力発電設備の全体的な冷却を最低可能レベルのエネルギー消費で実施することである。

【0055】

最後に、風力発電設備のタワーの内部に配置した閉じた冷却回路が、カバーの内側ではなくてタワー壁の外壁に設けた冷却回路に接続されるのを可能にすることが好ましい。

【0056】

ガス、例えば、空気は、また、液体、例えば、水、油なども、冷却媒体として使用される場合がある。

【0057】

ガスを冷却媒体として使用するとき、冷却媒体の導管／管を通っての移動は、ファン・デバイスによってもたらされる。液体冷却媒体を使用するとき、強制対流は、１つのポンプまたは複数のポンプを用いて実行される。

【0058】

一方のファンにおいて、および／または、他方のポンプにおいて、その場合、制御ユニット３００によって制御されてそれに接続される。

【0059】

図８は、第４の実施形態に係る風力発電設備の概略断面図を示す。図８は、特に風力発電設備およびその基礎の下部部分だけを示す。風力発電設備は、タワー１０２および基礎６００を有する。第１または第２の実施形態に係る第１の冷却ユニット２００は、タワーの下部領域まわりに設けられる。風力発電設備のタワーの内部に設けられるのは、少なくとも１つのファン１００ａならびに冷却通路１１１、１１２であり、図７に示す第３の実施形態に係る第２の冷却ユニットを提供する。任意で、例えば、熱貯蔵手段４００のような第３の冷却ユニットが、タワー１０２の真下の貯蔵室１００ｂに設けられる場合がある。その熱貯蔵手段４００は、例えば２０立方メートル以上の例えば貯水槽の場合がある。このように熱貯蔵手段４００は、第３の冷却ユニットとして機能しており、第１および／または第２の冷却ユニット２００、１００ａに連結される場合がある。第３の実施形態のように、第１、第２および／または第３の冷却ユニットに接続され、それぞれの冷却ユニットの動作を制御する冷却制御ユニット３００が設けられる場合がある。

【0060】

それに加えて、第４の冷却ユニット５００が、任意で風力発電設備の基礎６００に設けられる場合がある。第４の冷却ユニット５００は、冷却通路５０１を基礎６００に備える熱交換器の形態である場合がある。第４の冷却ユニット５００は、第１、第２および／または第３の冷却ユニットに結合される場合がある。

【0061】

本発明に係る風力発電設備は、コンクリート製のタワーまたは鋼製のタワーあるいはそれらの組合せを有する場合がある。

【0062】

貯蔵室１００ｂの空調管理または雰囲気制御は、貯蔵室１００ｂの熱貯蔵手段４００または第３の冷却ユニット４００によって可能にされる場合がある。それは、例えば、コンクリート製のタワーの場合、例えば、クランプ・アンカが貯蔵室１００ｂに設けられる場合に有利である。したがって、アンカの錆発生は、第３の冷却ユニット４００の動作によって少なくとも減少する場合がある。

【0063】

任意選択で、変圧器１８０、および／または、図７に示したようなパワーエレクトロニクスを備えたパワー・キャビネット１９０は、貯蔵室１００ｂに設けられる場合がある。第３の冷却ユニット４００、すなわち、熱貯蔵手段４００は、制御ユニット３００によってこのように制御される場合があり、したがって、貯蔵室１００ｂのパワー・キャビネット１９０および／または変圧器１８０は、冷却される、あるいは、貯蔵室１００ｂは、第３の冷却ユニット４００の動作によって空調管理または雰囲気制御される場合がある。

【0064】

第１、第２、第３または第４の冷却ユニットの制御に関して、制御ユニット３００は、任意で、貯蔵室１００ｂ内、基礎６００内、およびタワー１０２外の温度を検出して、それらの温度をそれらのユニットの制御において考慮に入れる場合がある。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【手続補正書】

【提出日】2018年4月16日

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

タワー壁（１０２ａ）および長手軸（１０２ｂ）を有するタワー（１０２）と、
複数の熱交換器（２１０）を有し、前記タワー（１０２）の下部領域の第１の冷却ユニット（２００）と、
前記タワー壁（１０２ａ）に対して間隔をあけた外側壁（２０２）と、を含む風力発電設備であって、
前記複数の熱交換器（２１０）は、前記タワー壁（１０２ａ）と前記第１の冷却ユニット（２００）の前記外側壁（２０２）との間に配置され、
前記第１の冷却ユニット（２００）は、前記複数の熱交換器（２１０）の下の複数の下部開口（２０４）と、前記複数の熱交換器（２１０）の上の複数の上部開口（２０５）と、を有し、
前記第１の冷却ユニット（２００）は、前記タワー壁（１０２ａ）と前記冷却ユニット（２００）の前記外側壁（２０２）との間に延びてそれらの間の中間スペースの上を覆う屋根（２０３）を有し、
前記第１の冷却ユニット（２００）は、前記タワー壁（１０２ａ）および／または基礎（６００）を通って延びて冷却媒体がその中を流れる少なくとも１つの冷却導管を有し、
前記第１の冷却ユニット（２００）は、前記下部開口（２０４）を通して空気を取り入れてそれを前記熱交換器（２１０）に通し、したがって前記空気が前記上部開口（２０５）を通って出ることができる、少なくとも１つのファン（２２０）を有する、
風力発電設備。

【請求項2】

前記複数の熱交換器（２１０）と、特に熱交換器表面とは、前記風力発電設備の前記タワー（１０２）の前記長手軸（１０２ｂ）に対して実質的に垂直または水平に配置される、請求項１に記載の風力発電設備。

【請求項3】

前記タワー（１０２）の内部に、少なくとも１つのファン（１００ａ）および少なくとも１つの冷却通路（１１１、１１２）を前記タワー壁（１０２ａ）および／または前記基礎（６００）に有する第２の冷却ユニットが設けられ、
前記ファン（１００ａ）は、冷却する目的のために、前記タワー壁（１０２ａ）および／または前記基礎に沿った前記少なくとも１つの冷却通路（１１１、１１２）に沿って、空気を流れさせるように適合される、請求項１または２に記載の風力発電設備。

【請求項4】

上に前記タワー（１０２）が設けられる、基礎（６００）と、
前記基礎（６００）の中または上の貯蔵室（１００ｂ）であって、特に熱貯蔵手段の形態の第３の冷却ユニット（４００）が前記貯蔵室（１００ｂ）に設けられる、貯蔵室（１００ｂ）と、
前記第１、第２および／または第３の冷却ユニット（２００、１００ａ、４００）を制御するように適合された冷却制御ユニット（３００）と、をさらに含む請求項１から３のいずれか一項に記載の風力発電設備。

【請求項5】

前記風力発電設備の前記基礎（６００）の第４の冷却ユニット（５００）をさらに含み、
前記第４の冷却ユニット（５００）は、少なくとも１つの冷却通路（５０１）を前記基礎（６００）に有し、
前記制御ユニット（３００）は、前記第１、第２、第３および／または第４の制御ユニットの動作を制御するように適合される、請求項３に記載の風力発電設備。

【請求項6】

タワー壁（１０２ａ）を備えたタワー（１０２）を有する風力発電設備用のレトロフィット可能な冷却ユニット（２００）であって、
屋根（２０３）と、
複数の下部開口および上部開口（２０４、２０５）を有する外側壁（２０２）と、
前記外側壁（２０２）の内側における前記下部開口（２０４）と前記上部開口（２０５）との間の複数の熱交換器（２１０）と、を含み、
前記冷却ユニット（２００）は、前記タワー壁（１０２ａ）まわりに配置することができ、
前記冷却ユニット（２００）は、前記タワー壁（１０２ａ）および／または基礎（６００）を通って延びて冷却媒体がその中を流れる少なくとも１つの冷却導管を有し、
前記冷却ユニット（２００）は、前記下部開口（２０４）を通して空気を取り入れてそれを前記熱交換器（２１０）に通し、したがって前記空気が前記上部開口（２０５）を通って出ることができる、少なくとも１つのファン（２２０）を有する、
冷却ユニット。

【請求項7】

タワー壁（１０２ａ）および長手軸（１０２ｂ）を有するタワー（１０２）を有する風力発電設備の冷却を制御する方法であって、
前記風力発電設備は、
前記タワー（１０２）の前記下部領域の、前記タワーの外側の、複数の熱交換器（２１０）を備える、第１の冷却ユニット（２００）、
前記風力発電設備の前記タワーの内部の第２の冷却ユニット（１００ａ、１１１、１１２）、
前記風力発電設備の貯蔵室の第３の冷却ユニット（４００）、および／または、
前記風力発電設備の基礎の第４の冷却ユニット（５００）を含み、
冷却制御ユニット（３００）を用いて前記第１、第２、第３および／または第４の冷却ユニット（２００、１００ａ、４００、５００）の動作を制御するステップを含み、
第１の動作モードでは、前記４つの冷却ユニットのうちの１つが作動され、その一方、残りが停止され、
第２の動作モードでは、前記４つの冷却ユニットのうちの２つが作動され、その一方、残り２つが停止され、
第３の動作モードでは、前記４つの冷却ユニットのうちの３つが作動され、
第４の動作モードでは、全ての４つの冷却ユニットが停止される、方法。

【請求項8】

タワー（１０２）と、
前記タワー（１０２）の下部領域まわりに設けられた第１の冷却ユニット（２００）と、を備え、
前記第１の冷却ユニット（２００）は、
空気の取入口（２０４）と、
前記空気の排出口（２０５）と、
前記空気を前記取入口（２０４）から前記排出口（２０５）へと流すファン（２２０）と、
第１の冷却媒体が流通し、前記空気によって冷却される第１の冷却通路とを有する
風力発電設備。

【請求項9】

第２の冷却ユニットをさらに備え、
前記第２の冷却ユニットは、
前記タワー（１０２）の長手方向に延在し、第２の冷却媒体が流通する第２の冷却通路（１１１，１１２）と、
前記第２の冷却媒体を前記第２の冷却通路内に送り出す送出手段（１００ａ）と、を有する
請求項８に記載の風力発電設備。

【請求項10】

前記タワー上に設けられたポッド（１０４）をさらに備え、
前記第２の冷却通路（１１１，１１２）が、前記第２の冷却媒体を前記下部領域から前記ポッド（１０４）へ流す通路（１１２）と、前記第２の冷却媒体を前記ポッド（１０４）から前記下部領域へ流す通路（１１３）と、を有する循環通路である
請求項９に記載の風力発電設備。

【請求項11】

風力発電設備のタワー（１０２）の下部領域まわりに設けられ、
空気の取入口（２０４）と、
前記空気の排出口（２０５）と、
前記空気を前記取入口（２０４）から前記排出口（２０５）へと流すファン（２２０）と、
第１の冷却媒体が流通し、前記空気によって冷却される第１の冷却通路と、を有する
冷却ユニット。

【請求項12】

風力発電設備のタワー（１０２）の長手方向に延在し、第２の冷却媒体が流通する第２の冷却通路（１１１，１１２）と、
前記第２の冷却媒体を前記第２の冷却通路内に送り出す送出手段（１００ａ）と、を有する
冷却ユニット。

【請求項13】

前記第２の冷却通路（１１１，１１２）が、前記第２の冷却媒体を、タワー（１０２）の下部領域から、前記タワー上に設けられたポッド（１０４）へ流す通路（１１２）と、前記第２の冷却媒体を前記ポッド（１０４）から前記下部領域へ流す通路（１１３）と、を有する循環通路である
請求項１２に記載の冷却ユニット。

【国際調査報告】