JP2009275536A - 風車の羽根並びに風車 - Google Patents

Abstract

【課題】 この発明は、風力発電機などにおける風車の羽根並びに風車に係り、壊れても、他に危害の生じない安全な羽根で、取替えが容易に出来る、軽量で安価な羽根を提供すること、を目的としている。
【解決手段】 風車の羽根において、全体形を発泡樹脂成形体３で形成され、表面を熱可塑性樹脂被覆材４でシュリンクされて、被覆層５が形成されている、風車の羽根１。
【選択図】 図１

Description

本発明は、風力発電機用風車の羽根並びに風車に係り、特に強風時等において、破損が生じても、人や物品への被害を最小限にして、壊れても安全な羽根に関する。

従来、風力発電機の風車の羽根は、風車効率の点からプロペラ式が主流になっており、プロペラの翼長が１０ｍとか３０ｍというような、大きな羽根が使用されている。翼長が長いので、強風時に折損する虞があり、現実に台風時に折損しているプロペラも散見されている。
その結果、折損しないように羽根を硬質なものとし、羽根の重量が重くなっている。また、羽根を金属で形成するものも、例えば特許文献１等で開示されている。
特開２００５−３０３７５号公報

従来の風力発電機における風車の羽根は、強風対策として強固に形成されている。その結果、羽根の材質が硬質なものになり、重量が重くなって回転効率が悪化している。
また硬質な大きな羽根は、熱や寒さにより伸縮が生じて、歪みが出やすいという難点があり、歪みが生じると回転効率は当然に低下するし、強風を受けた時に、羽根に受ける力の応力バランスが崩れて、折損率が高まる。
従来の羽根は、剛性の追求に終始し、製造コストの高いものになる。その上で、強風時に羽根が破壊されずに回転速度が高まると、ブレーキが効かなくなり、発電器が過回転をして焼け、風車の回転が制御不能に暴走し、風車自体が破壊される。
一旦羽根が破損されると羽根の費用が高価で、また高所での付替などに費用がかかる。風車の効率が悪く、設置した風車の費用消却が出来ないところに、風車が風で破壊されては、修理費用の捻出が困難で、放置されたままのケースもみられている。
逆の発想で、強風の時に、安全に風車の羽根が破壊してくれれば、羽根の破壊だけで風車の被害は最小限にすることができるし、最小限のコストで修理、運転再開をすることができる。
この発明は、そのような観点に鑑みて、強風には壊れ易く、壊れても他に危害の生じない安全な羽根で、軽量で安価な、取替えが容易な羽根を提供すること、を目的としている。

この発明の具体的な内容は、次の通りである。

（１） 風車の羽根において、全体形を発泡樹脂成形体で形成され、表面を熱可塑性樹脂被覆材でシュリンクされて、被覆層が形成されていること、を特徴とする風車の羽根。

（２） 前記羽根は揚力羽根であり、羽根の内部翼長方向に長く支持骨が配設されている、前記（１）に記載された風車の羽根。

（３） 前記揚力羽根における支持骨には、風車への取付材が一体に固定されている、前記（２）に記載された風車の羽根。

（４） 前記羽根はプロペラ型とし、硬質材のボス部から、放射方向へ支持骨が複数突設され、該支持骨を幅中央部にして羽根形を発泡樹脂成形体で形成され、該羽根部分の表面を熱可塑性樹脂被覆材でシュリンクされて、被覆層が形成されている、前記（１）に記載された風車の羽根。

（５） 前記支持骨は、プラスチック、木、金属の中から選択されたいずれかの成形体である、前記（１）〜（４）のいずれかに記載された風車の羽根。

（６） 前記支持骨は、プラスチックで成形され、その主材樹脂として、弾性合性樹脂が使用されている、（１）〜（５）のいずれかに記載された風車の羽根。

（７） 前記羽根における板厚の薄い部分は、周囲よりも低発泡率の低発泡樹脂成形体で形成されている、前記（１）〜（６）の何れかに記載された風車の羽根。

（８） 前記熱可塑性樹脂被覆材は、内側となる面に、熱により接着性が発現する熱溶融性接着剤層が形成されている、請求項（１）〜（７）のいずれかに記載された風車の羽根。

（９） 揚力型羽根の全体形を発泡樹脂成形体で形成され、表面を熱可塑性樹脂被覆材でシュリンクされて、被覆層が形成されている羽根を、縦軸の周囲に回転自在に配設させた風車において、縦軸から放射方向へ突設された支持アームの先端部に、羽根把持具が固定され、該羽根把持具は、羽根の周囲を囲み、外から羽根の左右へ貫通する固定手段で、羽根が固定されたこと、を特徴とする風車。

本発明によると次のような効果がある。

前記（１）に記載された発明の風車の羽根は、羽根の全体形が発泡樹脂成形体で形成されているので、安価で軽量であり、台風などで飛んできた物体により破損しても、他に被害を与えにくい。羽根の表面は被覆層で保護されているので、破損しにくい。また仮に折損しても、被覆層が切断しにくく、破片が遠方へ飛散しにくい。材質は安価なので、破損しても、低額費用での取替えができるので、トータル的な保守管理コストの低下が維持できる。

前記（２）に記載された発明の風車の羽根は、揚力羽根の中心部に支持骨が配設されているので、翼長を長いものとしても折損しにくい。

前記（３）に記載された発明の風車の羽根は、支持骨が内部に配設されているので、屈曲しにくい。また支持骨に、風車への取付材が一体に固定されているので、縦軸風車への取付を堅固にすることができる。

前記（４）に記載された発明の風車の羽根は、プロペラ型であり、羽根の全体形が発泡樹脂成形体で形成されているので、軽量であり低風速においても回転効率が高い。台風などで物体が飛んできて衝突したとても、内部に支持骨が配設されているので、折損しにくいし形状は変化しにくい。
羽根の表面は、被覆層で保護されているので、破損しにくい。また仮に折損しても、被覆層が切断しにくく、破片が遠方へ飛散しにくいので他に被害を与えにくい。
材質は安価なので、破損しても、低額費用での取替えができるので、トータル的な保守管理コストの低下が維持できる。

前記（５）に記載された発明の風車の羽根は、内部に折損しにくい材質の支持骨が配設されるので、細くても堅牢であり、また支持骨の全体形状を自由に形成することができる。

前記（６）に記載された発明の風車の羽根は、支持骨の材質として、弾性合成樹脂が使用されるので、羽根は強い衝撃にも折損しにくく、折損しても形状の変化だけで、羽根の破片が飛散しにくい。

前記（７）に記載された発明の風車の羽根は、板厚の薄い部分に、周囲よりも低発泡率の低発泡樹脂成形体で形成されているので、板厚の薄い部分の変形が抑止される。

前記（８）に記載された発明の風車の羽根は、被覆層を形成する熱可塑性樹脂被覆材の、内側となる面に、熱により接着性の発現する熱溶融性接着剤層が、形成されているので、熱溶融性接着剤層を内側にして、熱可塑性樹脂被覆材の外面を加熱すると、熱可塑性樹脂被覆材が収縮して、羽根に密着すると共に、内側の熱溶融性接着剤層が溶融して、一工程で羽根に接着させることができる。

前記（９）に記載された発明の風車は、風車の支持アームの先端部に、羽根把持具が固定され、該羽根把持具は、羽根を周囲から囲むように把持しているから、羽根全体形が発泡樹脂成形体で形成されていても、堅固に固定させることができる。また羽根が破損する時は、羽根把持具の部分から分断されて、小片になるので、飛散しても他物に強い衝撃を与えることがない。

羽根の全体形を発泡樹脂成形体で形成し、表面にシユリンクによる被覆層を形成する。

この発明の実施例を、図面を参照して説明する。図１は本発明に係る揚力型の風車の羽根（以下単に羽根という）の左側面図、図２は支持骨の正面図で、左側に図示しない風車の主軸が位置する。図３は図１におけるＡ−Ａ横断平面図である。図１において、Ａ−Ａ線より上は被覆層を剥がした状態を示す。

羽根１は、側面の幅中央内部に、支持骨２が縦長に配設されて、羽根１の全体形は発泡樹脂成形体３により形成されている。
該支持骨２は、図２に示すように、羽根１の板厚に合わせて、あらかじめ別成形でＦＲＰで形成されており、上下に長い主部２ａの上下端部が、図の左方にそれぞれ傾斜して、傾斜部２ｂが形成されている。

図２中の符号６は、図示しない風車へ、羽根１を取付けるための取付材であり、支持骨２と取付材６を、プラスチックで一体成形すると堅固になるが、この取付材６がない支持骨２を形成して、羽根１を形成した後に、取付材６を羽根１に取付けることもできる。

ＦＲＰの繊維強化材としては、カーボン繊維、ガラス繊維など無機質繊維が使用され、常温での引張伸率が、破断時に３０％以上具備していることが望ましい。ただし必要に応じてナイロンその他の有機質繊維を使用することができる。
また使用される樹脂としては、硬質な樹脂よりも弾性樹脂が好ましい。該樹脂単体としては、常温での引張伸率が、破断時に３５％以上になるものが好ましい。

前記支持骨２に使用される弾性樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂、ビニールエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂の中から選択される。
羽根１の全体形を形成する、発泡合成樹脂成形体３の材質としては、スチロールその他の樹脂で、発泡倍率は６０倍〜９０倍とするのが好ましい。

このように成形された羽根１全体形の表面を、熱収縮する熱可塑性合成樹脂のフイルム状の被覆材４で、シュリンクされ被覆層５が形成される。
前記熱可塑性合成樹脂被覆材４としては、例えばポリ塩化ビニール、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリオレフイン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロンなどがある。このフイルムの厚さとしては、使用する羽根１の大きさなどにより異なるが、０．１ｍ〜０．７ｍの厚みのものが使用される。

前記被覆材４のフイルムとして、平板フイルムのほか、チューブも使用される。図４はチューブ状被覆材４の斜視図で、内面に市販の熱溶融性接着剤（ホットメルト）層４ａが形成されている。
熱溶融性接着剤層４ａは、恒温では粘着性はないが、６０℃以上に加熱されると、熱により溶融して粘着性が発現する。冷めると硬化して被覆材４を羽根１に接着させる。

図５に示すように、前記羽根１の主部１ａに、このチューブ状被覆材４を被せて、熱風をかけるか、或いは加熱炉に入れて加熱すると、チューブ状被覆材４は収縮して、羽根１の主部１ａに密着する。更に熱溶融性接着剤（ホットメルト）層４ａが熱溶融して接着する。これを冷却させると、チューブ状被覆材４は収縮した状態で、羽根１の主部１ａの表面に堅固に接着されて、被覆層５が形成される。

この場合、未完性の羽根１の主部１ａの表面に、前記熱溶融性接着剤（ホットメルト）層４ａを、刷毛或いは吹付けなどの手段で形成して、硬化させて置き、接着剤層４ａのないチューブ状被覆材４を被せて、チューブ状被覆材４を熱収縮させることにより、中の熱溶融性接着剤層４ａをも、溶融させて接着させることができる。

羽根１を風車の主軸に取付ける時に、羽根１の傾斜部１ｂを、主軸方へ傾斜させて取付られる。この傾斜部１ｂは先端が細くなっているので、チューブ状被覆材４を被せる前に、あらかじめ、傾斜部１ｂの表面に、アクリルなどの樹脂を含ませた布を貼り、ＦＲＰ被覆層５ａを形成させておき、主部１ａにチューブ状被覆材４を被せて、接合させる。
或いは羽根１の主部１ａに、チューブ状被覆材４を被着して、被覆層５が形成された後に、傾斜部１ｂにＦＲＰ被覆層５ａを、形成させることができる。

図６に示すのは、フイルム状被覆材４Ａの片面に、前記熱溶融性接着剤層４ａをあらかじめ形成したもので、羽根主部１ａの表面に合わせて、接合部をヒートシールなどにより接合させる。しかる後に加熱して、フイルム状被覆材４Ａを収縮させ、かつ熱溶融性接着剤層４ａに、接着性を惹起させて接着させる。この場合は、前記傾斜部１ｂも、フイルム状被覆材４Ａを貼合わせて、被覆することができる。

なお、前記支持骨２は、縦に１本が示されているが、弦長の長い羽根においては、これを２本或いは３本にすることができる。
当然に縦の支持骨２に対して、横長の支持横骨の複数を、縦方向で段状に配して連結固定させておくことができる。また支持骨２を使用しないこともできる。

以上のように形成される羽根１は、軽量であり、低風速でも回転性に優れている。材質が安価なので、破損しても、低費用で容易に交換することができるので、保守管理のトータルコストを、安価に維持することができる。

台風などの強風においても、羽根１は支持骨２があるので折損しにくい。仮に羽根１が折損した時でも、被覆層５があるために、羽根１の破片が他所へ飛散しにくく、他への二次的被害が生じにくい。
支持骨２が、弾性合成樹脂を使用したＦＲＰで成形されるときには、羽根１に強い衝撃が当っても、折損しにくい。

図７は、羽根１を取付けた風車２０を示す。風車２０の縦主軸１２に、回転部１３を介して支持アーム１４が固定されている。支持アーム１４の先端部に羽根把持具１５が固定され、該羽根把持具１５は、羽根１の周囲を囲み、ボルト１６を外部から羽根１の左右に貫通させて固定されている。これによって、羽根１の全体形が、発泡樹脂の成形体で形成されていても、堅固に風車２０に固定させることができる。

図７において符号１７は、補助アームである。補助アーム１７の先端部に、羽根把持具１８が固定されている。該羽根把持具１８は前例と同じでよいが、図の下側に例示するように、羽根１の中に置いたアンカー１９の先を、補助アーム１７の方へ突出させておき、該突出部に補助アーム１７の先端部を、ナット止めするようにすることができる。

この場合、前記取付材６を固定した支持骨９を、使用することができる。またこのように構成した時は、前記支持骨９を使用しなくても、強度を維持させることができるほか、仮に羽根１が破損するときは、羽根把持具１５、１８部分以外の部分が、破損して小さくなるので、破損部分が飛散しても、他の物品に対して大きな衝撃を与えることはない。

図８は、実施例２を示すプロペラ型羽根の正面図、図９は、支持骨の側面図、図１０は図８におけるＢ−Ｂ横断平面図である。前例と同じ部位には、同じ符号を付して説明を省略する。

このプロペラ型羽根７のボス部８は、ＦＲＰで成形されている。ボス部８から放射方向に伸びる支持骨９も、ＦＲＰで形成される。羽根７は、主部７ａの先端部が正面方向へ傾斜して、傾斜部７ｂが形成されている。

支持骨９は、別途成形された物の基部を、ボス部８に埋込み固定する形式でもよく、又はボス部８と支持骨９とを、一体成形することもできる。支持骨９は図示するように基部の板厚は厚く、先端方へ次第に薄く形成されている。

羽根７は、前例と同様に支持骨９を中にして、羽根７の全体形を発泡合成樹脂層１０で形成される。符号９ｃは横骨である。
羽根７に対する被覆層１１並びに、ＦＲＰ被覆層１１ａの形成方法は、前例と同じ手順で行うことができる。この羽根７の効果も、前例の羽根１と同じである。

図１０は、実施例３の羽根７の横断平面図である。この羽根７は、回転後端縁部の板厚の薄い部分を、周囲よりも発泡倍率の低い、低発泡樹脂成形体１０ａで形成されたものである。これによって、羽根７における、板厚の薄い部分の強度が高められる。これは図１の羽根１においても同様である。

この発明は、風力発電機用その他の風車に、利用することができる。

本発明に係る羽根の左側面図である。 支持骨の正面図である。 羽根のＡ−Ａ横断平面図である。 チューブ状被覆材の斜視図である。 被覆材を被着する羽根の正面図である。 平板状被覆材の縦断正面図である。 風車に羽根を取付けた状態を示す正面図である。 実施例２の羽根の正面図である。 支持骨の側面図である。 羽根のＢ−Ｂ横断平面図である。 実施例３の羽根の横断平面図である。

符号の説明

１．風車の羽根
１ａ．主部
１ｂ．傾斜部
２．支持骨
２ａ．主部
２ｂ．傾斜部
３．発泡樹脂成形体
４．被覆材
４Ａ．フイルム状被覆材
４ａ．熱溶融性接着剤層
５．被覆層
５ａ．ＦＲＰ被覆層
６．取付材
７．風車の羽根
７ａ．主部
７ｂ．傾斜部
８．ボス部
９．支持骨材
９ａ．主部
９ｂ．傾斜部
９ｃ．横骨
１０．発泡樹脂成形体
１０ａ．低発泡樹脂成形体
１１．被覆層
１１ａ．ＦＲＰ被覆層
１２．縦主軸
１３．回転体
１４．支持アーム
１５．羽根把持具
１６．ボルト
１７．補助アーム
１８．羽根把持具
１９．アンカー
２０．風車

Claims (9)

1. 風車の羽根において、全体形を発泡樹脂成形体で形成され、表面を熱可塑性樹脂被覆材でシュリンクされて、被覆層が形成されていること、を特徴とする風車の羽根。
2. 前記羽根は揚力羽根であり、羽根の内部翼長方向に長く支持骨が配設されていること、を特徴とする請求項１に記載された風車の羽根。
3. 前記揚力羽根における支持骨には、風車への取付材が一体に固定されていること、を特徴とする請求項２に記載された風車の羽根。
4. 前記羽根はプロペラ型とし、硬質材のボス部から、放射方向へ支持骨が複数突設され、該支持骨を幅中央部にして羽根形を発泡樹脂成形体で形成され、該羽根部分の表面を熱可塑性樹脂被覆材でシュリンクされて、被覆層が形成されていること、を特徴とする請求項１に記載された風車の羽根。
5. 前記支持骨は、プラスチック、木、金属の中から選択されたいずれかの成形体であること、を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載された風車の羽根。
6. 前記支持骨は、プラスチックで成形され、その主材樹脂として、弾性合性樹脂が使用されていること、を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載された風車の羽根。
7. 前記羽根における板厚の薄い部分は、周囲よりも低発泡率の低発泡樹脂成形体で形成されていること、を特徴とする請求項１〜６の何れかに記載された風車の羽根。
8. 前記熱可塑性樹脂被覆材は、内側となる面に、熱により接着性が発現する熱溶融性接着剤層が形成されていること、を特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載された風車の羽根。
9. 揚力型羽根の全体形を発泡樹脂成形体で形成され、表面を熱可塑性樹脂被覆材でシュリンクされて、被覆層が形成されている羽根を、縦軸の周囲に回転自在に配設させた風車において、縦軸から放射方向へ突設された支持アームの先端部に、羽根把持具が固定され、該羽根把持具は、羽根の周囲を囲み、外から羽根の左右へ貫通する固定手段で羽根が固定されたこと、を特徴とする風車。

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