JP2002531771A - 風力装置用ロータブレード - Google Patents
風力装置用ロータブレードInfo
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Abstract
Description
置においては、ロータあるいはそのロータブレードが主な音源となっている。風
力装置は、しばしば居住施設の近傍に据え付けられるので、騒音規制法に基づく
理由で、発生音のレベルを最小限にする必要がある。風力装置や風力変換装置が
これまで発生していた音のレベルが原因で、風力装置は居住区の抵抗に直面して
いる。こういう理由で、認可の責任を負う当局が現在の環境要求事項に基づいて
風力装置の認可を拒むので、このような装置は受け入れ難かったり、全く受け入
れられない場合もある。騒音はまた、環境を汚染する要因でもある。
提案が既になされている。例えば、欧州特許第0652367号公報や独国特許
第19614420.5号公報に開示されている。
。
風力装置の騒音発生を改善することを目的としている。
成される。好ましい形態は残りの請求項に記載されている。
発層が設けられていると、ロータブレードもより粗くなるという知見に基づいて
いる。したがって、ロータブレードの上部を最大限に平滑化する1層のペンキか
らなるコーティングをロータブレードに設けることなく、まさにその逆のことを
するのである。すなわち、表面を微視的に見て粗くしている。このような面はま
た、例えば所謂「蓮効果(lotus effect)」の機能を達成するラッカーやコーテ
ィングから公知であり、水/氷は表面に弱く付着している。この点で、1層のペ
ンキにより形成されるコーティングは、極小サイズの一種の爪体により構成され
る。このような極小の爪体はロータブレードの表面を粗くするだけでなく、個々
の極小の爪はその長手方向に変形自在であったり、ロータブレードのガラスファ
イバのコーティングより構造的にかなり柔らかいことから、表面の硬度を低下さ
せる。
ド上に形成される渦が表面の柔らかい構造により抑制あるいは防止されたり、空
気の渦からエネルギが取り出されて、既に知られているロータブレードの回転に
より生じる音の全てが低減される。
Gmbhの商標)は、運転中におけるロータブレードの音をかなり低減できる自己清
浄型コーティングあるいはペンキと言うこともできる。このマイクロシリコーン
ペンキは、その会社から品番1950で商品化されており、汚れ反発性及び撥水
性と記載されている。コーティングを、撥水層が表面構造に形成されたシートあ
るいは薄膜で形成することも可能である。自己清浄面(及びその製造法)は欧州
特許第0772514号公報からも公知である。
ード10を有するロータを備えている。
」3を有する爪体2を形成するコーティングあるいはカバー1が設けられている
。極小爪間の隙間Aは約2〜250μmの範囲で、極小爪の高さHは約2〜25
0μmの範囲である。極小爪は、例えば疎水性ポリマあるいは永続的に疎水化さ
れた材料からなる。極小爪の高さが5〜60μmで、隙間が約5〜110μmの
範囲であれば、ロータブレードからの発生音を特に低減することができる。
ィングすると、水(H2O)や他の流体はロータブレードの表面にくっついたま
ま離れないといった結果は生じない。したがって、こうすることで、ブレード上
に着氷する原因が最初から取り除かれる。
の最後の3分の1(ロータから見て)のみに施され、ロータブレード先端の領域
あるいはロータブレードの前縁及び後縁に施されるのがよい。
は非常に大きく、水の分子がロータブレードの表面にくっついて保持されるほど
、水滴4(分子)のロータブレード面への付着力は十分ではない。したがって、
極小爪はロータブレードの表面6に対しある距離をもって水の分子を保持し、水
分子と表面間の引き付け力は極端に減少する。
れは、ロータブレード表面に自然に形成され、騒音発生の原因となる渦(図示せ
ず)が極小爪に衝突し、ロータブレードの剛性の高いグラスファイバ構造に比べ
、極小爪はその比較的大きい可動性により、渦のエネルギを吸収することができ
るので、空気の渦からエネルギを取り去り、音を低減する。
より形成することができる。
分、例えば風力装置のタワー7及び/又はケーシング8にも施すことができる。
ケーシング8は通常ポッドとも呼ばれて、タワーの上端に設けられており、環境
の影響を直接受けてはならない風力装置の発電機あるいは他の部分を規則正しく
囲繞している。この点で、コーティングはタワーあるいはロータブレード及び/
又はケーシングの外面ばかりでなく、内部に施してもよい。この目的で、水滴の
溝(図示せず)を内側及び/又は外側に設けるのが好ましく、こうすることで、
例えばタワー及び/又はケーシングを流れ出る水を制御しながら収集して運搬す
ることができる。そのような溝は、タワー壁上でタワーの長手軸に対し略垂直に
(あるいはそれに対し僅かに傾斜して)延在するのが好ましく、収集された液体
は、それに接続された立下り管により運搬される。
ャークスキン」の形体の特殊な表面を有するロータブレードにより達成すること
ができる。このような表面は、シートあるいは薄膜のコーティングにより得るこ
とができる。そのような薄膜やシートは、例えば3M社により、型番3M 86
91"Drag Reduction Tape (Riblet Tape)"で販売されている。薄膜やシートは
、航空機産業からの注文を受けて、特殊な「シャークスキン」面により航空機の
燃料を節約する目的で開発された。
bteilung Turbolenzforschung des Deutschen Zentrums fur Luft- und Raumfah
rt (DLR) − Turbulence Research Division of the German Aerospace Centre)
の刊行物により公知である。「シャークスキン薄膜」(コーティング)の構造は
、欧州特許第0846617号公報、独国特許第3609541号公報あるいは
独国特許第3414554号公報にとりわけ詳しく記載されている。繰り返しを
避けるため、全ての上記刊行物の内容は、本願の内容に含まれているものとする
。
する音は、航空機(翼)の動力学的現象により発生する音が可聴閾値以下の感知
できないレベルまでには低減できない。
enzforschung des Deutschen Zentrums fur Luft- und Raumfahrt (DLR)( Turb
ulence Research Division of the German Aerospace Centre)のDietrich W. Be
chertが指導するエンジニアチームによりベルリン技術大学で開発された。その
ような「シャークスキン」薄膜の場合、薄膜の表面は、流れの方向に延びる細か
いチャネル11が設けられている。このチャネルは連続的ではなく、図3に示さ
れるように互いにずれた関係にあるパネル(うろこ状の薄片)12に形成されて
いる。図示した例では、「薄片」12は、長手方向が風力装置のロータブレード
の半径rに対し垂直(あるいは平行)に配向した長さの異なる五つのチャネル1
1を持つ。この場合、チャネル11(あるいはリブ)の高さHはチャネルの間隔
sの約30〜70%であり、チャネル(リブ)は楔状の形状が好ましく、テーパ
角は約5〜60°である。
膜面の横方向に延びるリブの標準間隔は12〜22である。ここで、sは横リブ
の間隔で、tau0は同じ流れに露出した平滑な基準面の壁体引張応力で、rhoは流
体(空気)の密度で、nyは流体(空気)の動粘度である。この場合、標準化さ
れたリブ間隔s+は、定格運転時の風力装置のロータブレードの周速度(あるい
は角速度)に応じて調節するのが好ましい。この点で、ロータブレードの先端あ
るいはロータブレードの先端領域(ロータブレード長さの約5〜25%)の周速
度に応じて調節するのが好ましい。
設けることも可能であり、標準化されたチャネル間隔は通常運転のロータの周速
度に応じていつも調節される。
半径を持つのがよい。
を持つのが好ましい。これは、図4の拡大断面図に示されている。
対応する面も)を有するロータブレードを備えたロータの発生音は約0.2〜3
dB(周速度と風の状態による)だけ減少できることが分かっている。
ロータブレードの一部、特にロータブレードの前縁に耐蝕性ラッカーやペンキを
塗布することもできる。例えば、テフロン状の表面性状を有する耐溶媒性2成分
PURラッカーをそのような耐蝕性ラッカーとして提供することができる。これ
まで、汚れた粒子/雨/あられ等によるロータブレードの前縁の腐食を防止する
ために耐蝕性薄膜やシートをロータブレードの前縁に接着したことがあった。そ
のような薄膜の接着は非常に複雑で難しく、運転中早期に剥離することがないよ
うに、十分な注意を払って行う必要がある。最大限の注意を払っても、貼り付け
られた薄膜が剥離することもしばしばあり、ある状況下では、運転中の発生音レ
ベルが増大することもある。いずれにしても、剥離したり突出した薄膜片(薄膜
の角部)はロータブレードに再び固着したり、新しい薄膜を取り付ける必要があ
るので、多大の費用がかかる。
て好適で、公知の耐蝕性薄膜の問題を解消することができる。これは、テフロン
のような表面性状を有する耐溶媒性2成分PURラッカーを含み、次のような特
性を持つ。 固形分: 成分A :約60% 成分B :約 5% 混合物 :約32% 引火点: −22℃ 密度: 成分A :1.11g/cm3(20℃) 成分B :0.83g/cm3(20℃) 粘度: 成分A :約80sDIN4(23℃) 成分B :<10sDIN4(23℃) 加工時間: 密閉容器内で約16時間 スキンニング:約30分(20℃;相対湿度50%) 不粘着性: 約2時間後(20℃;相対湿度50%) 完全乾燥: 約96時間(20℃;相対湿度50%) 振り子かたさ(Pendulum hardness): 147秒(Konig;DIN53157 に基づく) 早期耐候性: Q−パネル装置で2350時間のUV−Aに耐える (QUV−テスト): Q−パネル装置で2430時間のUV−Bに耐える 混合比: 成分A :100重量部 成分B :100重量部
ロータブレードにそれを使用することはこれまで提案されたことがなく、公知の
耐蝕性薄膜と置換でき、その問題を解消することができる点で極めて有利である
。
である。
薄膜の部分拡大正面図である。
Claims (17)
- 【請求項1】 ロータブレードが発生する音を低減する手段を備え、該手段
は少なくともロータブレードの表面部に設けられた流体反発層及び/又は面によ
り形成されている風力装置用ロータブレード。 - 【請求項2】 上記流体反発層は、ロータブレードの回転により音が基本的
に発生する部分に少なくとも設けられたことを特徴とする請求項1に記載のロー
タブレード。 - 【請求項3】 ロータブレードの微小構造に凹凸を付与する少なくとも部分
コーティングを備え、水滴及び/又は着氷(氷の結晶)がロータブレード表面に
保持されることがなく、風力装置の運転中におけるロータブレードの発生音を低
減するようにした風力装置用ロータブレード。 - 【請求項4】 ロータブレードの表面には少なくとも部分的にコーティング
が設けられており、ロータブレードの表面は、コーティングされた領域がコーテ
ィングされていない領域より柔らかい風力装置用ロータブレード。 - 【請求項5】 凸部と凹部を有する表面構造を層が備え、凸部の間隔は2〜
250μmの範囲で、凸部の高さHは約2〜250μmの範囲で、凸部は、自然
雨により分離しない疎水性ポリマあるいは永続的に疎水化された材料製である請
求項1乃至4のいずれか1項に記載のロータブレード。 - 【請求項6】 疎水性層が、シャークスキンと同様に形成された面を備えた
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のロータブレード。 - 【請求項7】 ロータブレードが主流れ方向を有する乱流が流れる壁面を有
し、主流れ方向に配向されるとともに主流れ方向に対し横方向に離間したリブの
高さはリブの間隔の約30〜70%であることを特徴とする請求項8に記載のロ
ータブレード。 - 【請求項8】 リブは楔状の形状を有し、テーパ角は約10〜60°である
ことを特徴とする請求項9に記載のロータブレード。 - 【請求項9】 標準化された横リブの間隔 s+=(s/ny)*√(tau0/rho) は12〜22であり、sは横リブの間隔で、tau0は同じ流れに露出した平滑な基
準面の壁体スラスト応力で、rhoは流体の密度で、nyは流体の動粘度であるこ
とを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載のロータブレード。 - 【請求項10】 標準化されたリブ間隔s+は、ロータブレードの周速度に
適合され、(通常運転中の)ロータブレードの先端領域の周速度に適合されたこ
とを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載のロータブレード。 - 【請求項11】 横リブ間隔sは、0.001〜0.15mmであることを
特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載のロータブレード。 - 【請求項12】 リブの横の凸部は、横リブ間隔sの最大5〜35%の曲率
半径を持つことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載のロータブ
レード。 - 【請求項13】 リブ間の表面は横リブ間隔の少なくとも100%、好まし
くは200〜400%の曲率半径を持つことを特徴とする請求項1乃至12のい
ずれか1項に記載のロータブレード。 - 【請求項14】 ロータブレードの一部、好ましくはロータブレードの前縁
には、テフロン(登録商標)状の表面性状を有する耐蝕性ラッカーが設けられて いることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載のロータブレード 。 - 【請求項15】 耐蝕性ラッカーが耐溶媒性2成分PURラッカーであるこ
とを特徴とする請求項16に記載のロータブレード。 - 【請求項16】 請求項1乃至15のいずれか1項に記載のロータブレード
を備えた風力装置。 - 【請求項17】 少なくとも一つのロータブレードを有するロータと、タワ
ーと、風力装置の少なくとも一つの発電機を囲繞するケーシング(ポッド)とを
備え、上記ロータブレード、タワー(内側あるいは外側)及び/又はケーシング
(ポッド)の少なくとも一つは上記請求項のいずれか一つに記載の疎水性層を有
し、該疎水性層はロータブレード、タワー及び/又はケーシングの少なくとも表
面部に形成されている風力装置。
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