JP2005171916A

JP2005171916A - 風車翼

Info

Publication number: JP2005171916A
Application number: JP2003414870A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Ikeda; 敬一池田
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc
Priority date: 2003-12-12
Filing date: 2003-12-12
Publication date: 2005-06-30

Abstract

【課題】落雷による破損や損傷が確実に低減される風車翼を提供する。
【解決手段】風力発電装置のプロペラ風車において、地面に設置されたタワーの頂部に発電機を収容したナセルが取付けられている。ナセルから突出した発電機の回転軸に風車翼が取付けられている。風車翼は３本の翼本体１ａ〜１ｃから構成される。翼本体１ａ〜１ｃは、翼本体１ａ〜１ｃの外形形状をなす外皮部材９と、その外皮部材９の内側に充填されたウレタンなどの充填部材１０によって構成される。外皮部材９は、ＦＲＰなどの絶縁性材料からなる絶縁性部材７と、導電性部材８とによって構成される。導電性部材８は、絶縁性部材７の表面全体を覆うように形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は風車翼に関し、特に、風力発電に使用される風車翼に関するものである。

近年、クリーンなエネルギとして風力発電が注目されている。風力発電装置では、風の力を利用して風車翼を回転させ、その回転エネルギを電気エネルギに変換している。そのような風力発電装置に使用される風車翼は、ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastic）などの絶縁性部材が使用されている。また、風車翼は、十分に風を受けるために、たとえば高さ数十ｍのタワーに設置される。そのため、風力発電装置では、雷が発生した場合に風車翼へ雷が落ちて風車翼が破損するのを防止するための対策が講じられている。

雷を避けるため一般的な対策としては、避雷針の設置が挙げられる。この場合、風車翼への落雷を防止するためには、風車翼よりも高い避雷針が風力発電装置に取付けられることになる。

ところが、風車翼よりも高い避雷針を設置しようとすると、そのための設置費用が高くなり、また、景観を損なうという問題があった。さらに、避雷針によって風の流れが影響を受けるという問題があった。

そこで、避雷針を設置せずに落雷による損傷の低減を図ろうとする風車翼が提案されている。そのような風車翼の一例として、特許文献１に開示された風車翼について具体的に説明する。図７に示すように、この風車翼１０１は、前縁部１０４と後縁部１０６を結ぶ上スキン１０３と下スキン１０５により外板が構成されている。上スキン１０３と下スキン１０５との間には、ボックス状の桁材１０７が設けられている。

桁材１０７は、上スキン１０３および下スキン１０５のそれぞれの内周面と接触するフランジ部１０９ａ，１０９ｂと、フランジ部１０９ａとフランジ部１０９ｂとを繋ぐウエブ部１１１を備えている。

フランジ部１０９ａ，１０９ｂは、炭素繊維層やガラス繊維層等の所定の層を積層させた複合層により構成され、その炭素繊維層やガラス繊維層には、樹脂が含浸されている。その樹脂として、特に、体積固有抵抗が所定の範囲（１×１０¹²〜１×１０¹⁶Ω・ｃｍ）にある樹脂を使用することで、落雷による風車翼の損傷を低減している。
特開２００２−１３７３０７号公報

しかしながら、上述した桁材に所定範囲の体積固有抵抗を有する樹脂を含浸させた風車翼では、雷が落ちる位置によっては、風車翼の破損や損傷を十分に防止することができないという問題があった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は落雷による破損や損傷が確実に低減される風車翼を提供することである。

本発明に係る風車翼は、風力発電に使用される風車翼であって、翼をなす翼本体を備えている。その翼本体の表面全体が導電性部材により形成されている。

この構成によれば、翼本体の表面全体が導電性部材により形成されていることで、雷が風車翼におけるどの部分に落ちたとしても、その落ちた部分から導電性部材を経て、その雷の電流を地面に確実に逃がすことができる。その結果、風車翼が落雷により破損したり損傷したりするのを効果的に防止することができる。

また、翼本体は翼の形状をなす外皮部材を有し、その外皮部材が絶縁性部材とその導電性部材を含む場合には、導電性部材は絶縁性部材を覆うように形成されていることが好ましい。

導電性部材が絶縁性部材を覆うように形成されている具体的な態様の一例として、導電性部材は絶縁性部材の表面に導電性繊維を被覆することにより形成されていることが好ましい。

また、他の例として、導電性部材は絶縁性部材の表面に導電性フィルムを貼り付けることにより形成されていてもよい。

さらに他の例として、導電性部材は絶縁性部材の表面に導電性塗料を塗布することにより形成されていてもよい。

また、外皮部材が絶縁性部材と導電性部材を含む構成の他に、外皮部材が導電性部材そのものから形成されていてもよい。

導電性部材としては、導電性高分子材料を含むものが好ましく、導電性高分子材料の場合には、比較的高い電気導電率を有するとともに、金属と比べて軽く、また、その強度も比較的強い。

また、導電性部材として金属を適用する場合には、重量が他の金属に比べて比較的軽量であり、しかも電気導電率に優れている点で、アルミニウムを含むものが好ましい。

本発明の実施例に係る風力発電装置に使用される風車翼について説明する。図１に示すように、風力発電装置のプロペラ風車２において、地面２０に設置されたタワー３の頂部に発電機（図示せず）を収容したナセル５が取付けられている。ナセル５から突出した発電機の回転軸に風車翼１が取付けられている。風車翼１は３本の翼本体１ａ〜１ｃから構成される。一つの翼本体１ａ〜１ｃの長さＬはたとえば約２０ｍであり、タワー３の高さＨはたとえば約４２ｍである。また、風力発電装置の発電電力は、たとえば約４９５ｋＷである。

その翼本体１ａ〜１ｃについて、さらに詳しく説明する。図２に示すように、翼本体１ａ〜１ｃは、翼本体１ａ〜１ｃの外形形状をなす外皮部材９と、その外皮部材９の内側に充填されたウレタンなどの充填部材１０によって構成される。なお、充填部材１０の他に、外皮部材９の内側には翼本体１ａ〜１ｃの強度を保つために長手方向に延在する桁材（図示せず）が設けられている。

外皮部材９は、従来のＦＲＰなどの絶縁性材料からなる絶縁性部材７と、導電性部材８とによって構成される。導電性部材８は、絶縁性部材７の表面全体を覆うように形成されている。

導電性部材８の材料として、たとえば炭素繊維、黒鉛粉末、カーボンブラック、ポリアセチレン、グラファイトフィルム、ポリアセチレンフィルム、金属等を適用することができる。特に、ポリアセチレンは、導電性高分子材料の中でも金属程度の比較的高い電気導電率を有し、金属と比べて軽く、また、その強度も比較的強いので好ましい。

なお、導電性高分子材料としては、ポリアセチレンの他に、ポリチアジル、ポリジアセチレン、ポリピロール、ポリパラフェニンスルフィドなども適用することができる。また、金属としては、アルミニウムが比較的軽量であり、しかも、電気導電率に優れている点で、最も好ましい材料である。

次に、翼本体１ａ〜１ｃの製造方法の一例について説明する。図３に示すように、導電性部材８が、たとえばフィルム状のものであれば、絶縁性部材７の表面に適当な接着剤を用いて導電性部材８を貼り付けることによって、表面が導電性部材８に被覆された翼本体１ａ〜１ｃが得られる。

また、翼本体１ａ〜１ｃの製造方法の他の例として、導電性部材８が、たとえばカーボンブラックなどの粉末状のものであれば、その導電性部材を適当な塗料に混合して導電性塗料とし、図４に示すように、その導電性塗料１２を絶縁性部材７の表面に塗布することによって、表面が導電性部材８によって被覆された翼本体１ａ〜１ｃが得られる。

なお、上述した翼本体１ａ〜１ｃとしては、その外皮部材９として、絶縁性部材７と導電性部材８とによって構成される場合を例に挙げて説明した。この他に、図５に示すように、従来のＦＲＰなどの絶縁性部材に代えて、導電性部材８のみから構成される外皮部材９を適用した風車翼を用いてもよい。

上述した風車翼１を備えた風力発電装置では、図６に示すように、風車翼１の翼本体１ａ〜１ｃに雷２２が落ちた場合には、翼本体１ａ〜１ｃの表面を覆う導電性部材８からナセル５およびタワー３を経て、矢印１４に示すように、地面２０に電流が流れることになる。

このとき、導電性部材８は翼本体１ａ〜１ｃの表面全体を覆っていることで、雷２２が翼本体１ａ〜１ｃにおけるどの部分に落ちたとしても、雷２２の電流は、その落ちた部分から導電性部材８を経て地面２０に確実に流れることになる。これにより、翼本体１ａ〜１ｃの落雷による破損や損傷を効果的に防止することができる。

なお、ここで挙げた翼本体１ａ〜１ｃの長さ、タワー３の高さ、発電電力の数値は一例であって、これに限定されるものではない。また、風車翼１としてプロペラ風車２を例に挙げたが、プロペラ風車以外にも、たとえばオランダ形風車、多翼型風車、または、セルウィング型風車などにも適用することが可能である。

本発明の実施例に係る風車翼を備えた風力発電装置の風車を示す斜視図である。同実施例において、図１に示す断面線ＩＩ−ＩＩに沿った風車翼における翼本体の断面図である。同実施例において、翼本体の製造方法の一例を示す部分斜視図である。同実施例において、翼本体の製造方法の他の例を示す部分斜視図である。同実施例において、翼本体の製造方法のさらに他の例を示す部分斜視図である。同実施例において、風車翼に雷が落ちた場合の雷の電流の一経路を示す斜視図である。従来の風車翼における翼本体の一断面図である。

符号の説明

１風車翼、１ａ〜１ｃ翼本体、２プロペラ風車、３タワー、５ナセル、７絶縁性部材、８導電性部材、９外皮部材、１０充填部材、１２導電性塗料、２０地面、２２雷。

Claims

風力発電に使用される風車翼であって、
翼をなす翼本体を備え、
前記翼本体の表面全体が導電性部材により形成された、風車翼。
前記翼本体は翼の形状をなす外皮部材を有し、
前記外皮部材は絶縁性部材と前記導電性部材を含み、
前記導電性部材は前記絶縁性部材を覆うように形成された、請求項１記載の風車翼。
前記導電性部材は、前記絶縁性部材の表面に導電性繊維を被覆することにより形成された、請求項２記載の風車翼。
前記導電性部材は、前記絶縁性部材の表面に導電性フィルムを貼り付けることにより形成された、請求項２記載の風車翼。
前記導電性部材は、前記絶縁性部材の表面に導電性塗料を塗布することにより形成された、請求項２記載の風車翼。
前記翼本体は翼の形状をなす外皮部材を有し、
前記外皮部材は前記導電性部材そのものからなる、請求項１記載の風車翼。
前記導電性部材は導電性高分子材料を含む、請求項１〜６のいずれかに記載の風車翼。
前記導電性部材はアルミニウムを含む、請求項１〜６のいずれかに記載の風車翼。