JP2007032279A - 風車用プロテクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 垂直軸型風車の落雷に対する被害、飛来物等の衝突の被害、鳥類等の負傷の被害等を防止することを可能とした、風車用プロテクタを提案する。
【解決手段】 風車２０の周囲に所定の間隔を有して配設されて、この風車２０の周囲を覆う風車用のプロテクタ１０であって、導電材料からなり、風車２０のブレード２２の回転範囲よりも大きな内空断面を有した管状の柵状部材１１と、この柵状部材１１から延設されて地面に接地されたアース１２とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、風力発電機の風車用プロテクタに関する。

風力発電とは、風のエネルギーを利用して風車を回転させることにより発電機を駆動する方式の発電である。
そのため、風力発電機用の風車は、周囲に障害物がなく、効率的に風を受けることが可能な場所へ設置されるのが一般的である。

このように、周囲に障害物がない所へ配置された風車は、雷雨時に落雷を受けることにより、破損する恐れがある。そのため、従来、風力発電機用の風車の近傍には、避雷針を設置するのが一般的であった。

ところが、風力発電機用風車を落雷から守るためには、一般に避雷針の上端から下方に６０度（避雷針の頂点から１２０度の円錐）の範囲内に風力発電機用風車を配置する必要があり、避雷針が大規模となる場合があった。ところが、都心などの限られた空間に設置が可能で、比較的弱い風力による風力発電を目的として考案された小規模な風力発電装置に対して、大規模な避雷針を設置することは、困難となる場合が多かった。

そのため、特許文献１には、図３に示すように、その回転軸の上端に避雷針１１０を設置することにより、風力発電機用の垂直軸型風車１２０の近傍に別途避雷針を設置することを省略することで、その設置面積を小さくする風力発電装置１００が開示されている。
つまり、固定軸１４０とその周囲に配置した回転筒１５０とから構成される二重構造の回転軸を有した垂直軸型風車１２０を有しており、さらに固定軸１４０が、外筒１４１が絶縁材料、内筒１４２が導電材料からなる二重管構造となっている。そして、固定軸１４０の上端に設置された避雷針１１０に落雷した際には、絶縁材料からなる外筒１４１により発電機１３０や垂直軸型風車１２０に通電されることなく、雷電流は内筒１４２を通じて大地へと流される構成となっている。
特開２００４−３００９６７（［００３１］−［００４０］、図１）

ところが、避雷針１１０は、避雷針１１０の頂点から９０〜１２０度の円錐の範囲１１１内に垂直軸型風車１２０（ブレード１２１）が全て収まる位置に配置される必要があり、その頂点を高い位置に配置する必要がある。そのため、都心等に当該風力発電装置１００を設置した場合に圧迫感を与える場合があった。

また、回転軸１４０を二重構造とすることで、垂直軸型風車１２０が大規模になるため、垂直軸型風車１２０の軽量化に限界が生じ、垂直軸型風車１２０の初動が悪くなること、等の問題点を有する場合があった。

また、回転中の垂直軸型風車１２０は、視認することが困難なため、鳥などが存在を確認することができず、衝突することによる生物への被害や、このような生物の衝突や飛来物等が衝突することにより垂直軸型風車が破損する場合があるという問題点も有していた。

本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、垂直軸型風車の落雷に対する被害、飛来物等の衝突の被害、鳥類等の負傷の被害等を防止することを可能とした、風車用プロテクタを提案することを課題とする。

このような課題を解決するために、本発明は、垂直軸型風車の周囲に所定の間隔を有して配設されて、該垂直軸型風車の周囲を覆う風車用プロテクタであって、導電材料からなり、前記垂直軸型風車のブレードの回転範囲よりも大きな内空断面を有した管状の柵状部材と、前記柵状部材から延設されて地面に接地された導電部材と、を備えることを特徴としている。

かかる風車用プロテクタは、垂直軸型風車の周囲を導電材料からなる柵状部材により覆うため、落雷時には雷電流は、柵状部材から導電部材（例えば電線等）を介して地面へ流れる構成となっており、発電機等への被害が生じる場合がない。
ここで、ブレードの回転範囲とは、回転時のブレードの軌跡により形成される円の外周囲である。つまり、垂直軸型風車の回転軸の中心から、ブレードの外面を半径として形成される円の外周囲であって、柵状部材の内空断面がこの回転範囲よりも大きく形成されていることにより、ブレードの回転を妨げることがない。

また、垂直軸型風車の外周を覆う柵状部材により、垂直軸型風車が高速回転しているため視認することができない場合でも、柵状部材は回転せず、その存在を確認することができるので、生物が衝突することがない。そのため、鳥類等の生物が回転中の垂直軸型風車に飛び込むことによる被害を防止することが可能となる。同様に、飛来物による垂直軸型風車のブレードの破損も、柵状部材により抑止することが可能である。

また、前記風車用プロテクタが、前記柵状部材に固定されて、前記垂直軸型風車の周囲を覆う網材を有していれば、前記柵状部材の隙間から小動物や小さな飛来物などが入り込むことを防止することが可能となり、好適である。

また、前記風車用プロテクタの柵状部材が、前記垂直軸型風車の回転軸を回転可能に支持する風車支持部材に絶縁材料からなる固定手段を介して固定されていれば、当該風車用プロテクタを固定するための新たな支持部材を要することなく、固定されて、コンパクトである。

本発明の風車用プロテクタにより、垂直軸型風車の落雷に対する被害、飛来物等の衝突の被害、鳥類等の負傷の被害等を防止することが可能となる。

本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。
ここで、図１は、本実施形態に係る風力発電装置を示す斜視図である。また、図２は、（ａ）および（ｂ）ともに、他の実施形態に係る風力発電装置を示す斜視図である。

図１に示すにように、本実施形態に係る風力発電装置（以下、単に「発電装置」という場合がある）１は、垂直軸（回転軸）２１と、この垂直軸２１から所定の間隔を有して配設された複数枚（本実施形態では４枚）の翼型のブレード２２とからなる風車（垂直軸型風車）２０と、風車２０を回転可能に支持する風車支持部材３０と、風車支持部材３０の上端に配置されて、風車２０の回転エネルギーにより駆動する発電機４０と、風車２０の外周囲に所定の間隔を有して、この風車２０を覆うように配置された風車用プロテクタ（以下、単に「プロテクタ」という場合がある）１０と、から構成されている。

プロテクタ１０は、導電材料からなり、風車２０の直径よりも大きな内径、つまり、ブレード２２の回転範囲よりも大きな内空断面を有した円筒状の柵状部材１１と、この柵状部材１１から延設されて地面に接地された導電部材としてのアース１２とを備えている。
また、本実施形態では、柵状部材１１の外周囲に、風のエネルギーを維持したまま通気可能な、図示しない網材が固定されている。

柵状部材１１は、鉛直方向に所定の間隔（本実施形態では１５ｃｍ）を有して複数水平に配置されたアルミ合金棒を円形に加工してなる横材１１ａと、この横材１１ａの内周囲に所定の間隔（本実施形態では１０ｃｍ）を有して複数垂直に配置されたアルミ合金棒である縦材１１ｂとから構成されている。柵状部材１１の最上段の横材１１ａは、ブレード２２の上端よりも高い位置に配置されており、また、最下段の横材１１ａは、ブレード２２の下端よりも低い位置に配置されている。そして、縦材１１ｂ，１１ｂ，…は、上端部が最上段の横材１１ａに、下端部が最下段の横材１１ａに固定されている。つまり、風車２０は、ブレード２２，２２，…の上部から下部までが、柵状部材１１により完全に覆われている。

ここで、柵状部材１１を構成する材質は、導電性の材料であれば、アルミ合金棒に限定されるものではないことはいうまでもない。また、水平に配置された横材１１ａと垂直に配置された縦材１１ｂとにより格子状に形成するものとしたが、柵状部材１１の形状は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。また、横材１１ａおよび縦材１１ｂの間隔は前記の間隔に限定されるものではないことはいうまでもない。

網材は、柵状部材１１の上面、側面、下面を覆うように固定されている。なお、網材は、風を妨げることのない網目を有したものを使用するものとし、その材質や網目の形状等は限定されるものではなく、適宜公知の網材から選定して使用すればよい。また、本実施形態では、網材を柵状部材の上面、側面、下面に配置するものとしたが、これに限定されるものではなく、例えば側面のみに配置してもよい。また、網材を、柵状部材１１の内周面に固定してもよいことはいうまでもない。

アース１２は、電線からなり、その設置箇所は限定されるものではないが、本実施形態では、最下段の横材１１ａに接続するものとする。

なお、柵状部材１１は、風車２０の垂直軸２１を回転可能に支持する風車支持部材３０に絶縁材料からなる固定手段１３を介して固定されている。本実施形態では、固定手段１３として４本の棒状部材を使用するものとする。各棒状部材は、風車支持部材３０から平面視で十字状を呈するように、それぞれの一方の端部を風車支持部材３０に固定して、他方の端部を柵状部材１１の最下段の横材１１ａに固定することにより、柵状部材１１を固定している。なお、固定手段１３の構成や材質は、落雷時の雷電流を風車支持部材３０（発電機４０）に伝達することなく柵状部材１１を固定することが可能であれば、限定されるものではない。

風車２０は、風車支持部材３０により回転可能に支持されて、風力により発生する揚力によりブレード２２が垂直軸２１を中心として水平に回転する。

垂直軸２１は、垂直に立設された円筒状の管材から構成されており、上下２箇所において、ブレードを固定するための、支持具２３が固定されている。
なお、垂直軸２１は、風車２０を支持するために必要な強度を有し、ブレード２２の配置が可能なものであれば、円筒状の管材に限定されるものではなく、適宜公知の部材を使用可能なことはいうまでもない。

支持具２３は、棒状部材２３ａと環状部材２３ｂを組み合わせてなる部材であって、垂直軸２１を挿通して、垂直軸２１の所定の位置に固定された環状部材２３ｂから十字状に４本の棒状部材２３ａを延設することにより、構成されている。
なお、支持具２３は、複数のブレード２２を垂直軸２１から所定の間隔を有した位置に配置することが可能であれば、その構成は限定されるものではなく、ブレード２２の枚数や材料の強度および重量等を考慮した上で、適宜設定すればよい。

ブレード２２は、翼型に形成されており、その下面（回転方向内側）の後縁側（回転方向後側）には、切欠き部が形成されている。
なお、ブレード２２を構成する材料は、例えばアルミ合金製の板材やチタン合金製の板材を使用する等、限定されるものではないが、本実施形態ではアルミ合金製の板材を使用するものとする。また、ブレード２２の形状が限定されるものではないことはいうまでもなく、例えば、切欠き部が形成されていない等、適宜、公知の垂直軸型風車のブレードから選定して使用すればよい。

ここで、ブレード２２に形成された切欠き部は、翼弦長に対して前縁から所定長後縁側の位置から後縁にわたって下面に形成されている。なお、切欠き部は必要に応じて形成すればよく、また、その形状は限定されるものではない。

なお、ブレード２２の上面の裏面（垂直軸２１側）には、ブレード２２のたわみを防止することを目的として、所定の間隔によりリブ（図示省略）が固定されている。また、ブレード２２の前縁側には、下面と上面との裏面を跨いで固定する補強材２２ａが垂直方向に配置されている。これらのリブおよび補強材２２ａのブレード２２への固定は、リベット加工により行うものとする。
ここで、リブを構成する材料や厚みは限定されるものではないが、本実施形態では、ブレード２２を構成するアルミ合金板と同様に、アルミ合金製の板材からなり、その厚みは０．８ｍｍとする。また、補強材２２ａを構成する部材も限定されるものではないが、本実施形態では、アルミ合金製のチャンネル材により構成するものとする。また、リブおよび補強材２２ａの固定方法もリベット加工に限定されるものではなく、例えば、摩擦接合等、適宜公知の方法から選定して行えばよい。

風車支持部材３０は、プロテクタ１０および風車２０を支持する柱状部材であって、本実施形態では、平角鋼板により構成された台座に鋼管を立設することにより構成されている。そして、この台座は、アンカー等を介して基礎（地盤）に固定されている。
なお、風車支持部材３０の構成は、風車２０を回転可能に支持することが可能であれば、限定されるものではないことはいうまでもない。

発電機４０は、風車支持部材３０の上端部に設置されており、風車２０が回転することにより発生する回転エネルギーが伝達されて発電を行う。

発電装置１は、風車２０の外周囲がプロテクタ１０により覆われているため、落雷時の雷電流は、柵状部材１１からアース１２を介して大地に放電されるため、発電装置１が破損することがない。つまり、発電機４０に接続された風車２０に落雷することがないように、予め風車２０の外周囲を覆うようにプロテクタ１０が配置されているため、発電機４０が落雷により破損することがない。なお、柵状部材１１は、絶縁材料からなる固定手段１３を介して風車支持部材３０に固定されているため、柵状部材１１に落雷した落雷電流は、風車支持部材３０に流れることがない。

本実施形態の発電装置１は、プロテクタ１０により、風車２０が覆われているため、風車２０が風力により高速で回転していて、視認することができない場合でも、プロテクタ１０を確認することができるため、鳥やその他の動物などが、風車２０に接触することがない。

また、強風などにより、飛来物が飛んできても、プロテクタ１０により保護されているため、風車が飛来物の接触により破損することがない。
なお、本実施形態では、柵状部材１１をさらに網材により覆っているため、小型の飛来物、小動物、虫等の侵入を防止する。また、柵状部材１１の隙間に手等を入れることにより風車２０と接触するような事故も防ぐため、都心での使用に対する安全性にも優れている。

また、プロテクタ１０は、全体が柵状部材１１により構成されているため、風車２０に作用する風をさえぎることがなく、あらゆる方向から作用する風力を風車２０に作用させることを可能としている。

また、柵状部材１１は、固定手段１３を介して風車支持部材３０に固定されているため、柵状部材１１を固定するための部材を別途設ける必要がなく、発電装置１がコンパクトとなる。そのため、発電装置１の設置箇所について、制限を受けることがない。

次に、本発明のプロテクタに係る変形例について、図２（ａ）および（ｂ）を参照して説明する。

図２（ａ）に示すプロテクタ１０’は、絶縁部材からなる固定手段１３を介して、風車支持部材３０に固定されるのではなく、導電部材からなる支持脚１４を介して、直接、基礎（地盤）に固定されている。

この構成により、プロテクタ１０’と風車２０とは完全に分離された状態となり、確実に雷電流が発電機４０に流れることを防止する。
なお、この他の発電装置２の構成は、前記実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

また、プロテクタ１０’の支持脚１４は、柵状部材１１と同様に導電材により構成されているため、落雷時の雷電流は支持脚１４を介して大地へと放電される。

図２（ｂ）に示すプロテクタ１０”は、柵状部材１１の上端部に、導電材により構成された円錐状体１５が形成されており、上端を鋭角に形成することにより、避雷針としての機能をより効果的にしている。
なお、この他の発電装置３の構成は、前記実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

この構成により、例えば、建物の屋上などに当該発電装置３を設置すれば、風力による発電とともに、建物の落雷の被害を防止することが可能となる。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明したが、本発明は前記各実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、前記各実施形態では、柵状部材を円筒状に形成するものとしたが、柵状部材の形状は、風車の回転を妨げることがなければ、限定されるものではなく、例えば矩形状や多角形状に形成されていてもよく、さまざまな形状に構成することが可能である。

また、前記各実施形態では、柵状部材の外周に網材を配置するものとしたが、網材は必ずしも配置する必要はないことはいうまでもない。

また、前記各実施形態では、柵状部材を風車に対応する高さに形成するものとしたが、柵状部材の形状は限定されるものではなく、例えば、基礎（地盤面）から風車上方までを覆うように形成されていてもよい。

また、前記実施形態では、ブレードの補強としてリブや補強材を配置する構成としたが、リブおよび補強材は必要に応じて配置すればよいことはいうまでもない。

また、前記実施形態では、プロテクタは固定されているものとしたが、風車とともに回転する構成としても、風車の落雷や飛来物等からの被害を防止することが可能である。

本実施形態に係る風力発電装置を示す斜視図である。 （ａ）および（ｂ）ともに、他の実施形態に係る風力発電装置を示す斜視図である。 従来の風力発電装置を示す、正断面図である。

符号の説明

１，２，３ 発電装置（風力発電装置）
１０ プロテクタ
１１ 柵状部材
１２ アース
１３ 固定手段
２０ 風車
２１ 垂直軸
２２ ブレード
４０ 発電機

Claims (3)

1. 垂直軸型風車の周囲に所定の間隔を有して配設されて、該垂直軸型風車の周囲を覆う風車用プロテクタであって、
   導電材料からなり、前記垂直軸型風車のブレードの回転範囲よりも大きな内空断面を有した管状の柵状部材と、
   前記柵状部材から延設されて地面に接地された導電部材と、を備えることを特徴とする、風車用プロテクタ。
2. 前記柵状部材に固定されて、前記垂直軸型風車の周囲を覆う網材を有していることを特徴とする、請求項１に記載の風車用プロテクタ。
3. 前記柵状部材が、前記垂直軸型風車の回転軸を回転可能に支持する風車支持部材に絶縁材料からなる固定手段を介して固定されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の風車用プロテクタ。

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