JP4615220B2 - 風力発電装置のパイロン - Google Patents

Description

本発明は、風力発電装置（wind power installation）のパイロン（pylon）に関するものである。

風力発電装置のパイロンとしては種々のものが存在するが、その主なものは、ラチスマストパイロン（lattice mast pylon）、管状スチールパイロン又はコンクリートパイロンである。コンクリートパイロンの場合、これを製作することが可能な方法は種々存在するが、とくには、既製の強化コンクリート部品（ready-made reinforced concrete parts）からパイロンを構築するといった方法があげられる。この方法においては、個々の既製の強化コンクリート部品が各セグメント（segment）を形成する。この場合、ある１つのセグメントは他のセグメントの上に配設され、この後これらのセグメントが相互に固定される。既製の強化コンクリート部品からパイロンを製作する方法は、例えば独国特許出願第１００３３８４５．５号明細書（本願の出願日には、まだ公開されていない）に開示されている。

このようなコンクリートのセグメントからなるパイロンの場合、個々のセグメント（実際には、各セグメントの形状は異なる）は、１つのセグメントが他のセグメントの上に単純に配置されるだけでなく、適切な接着材（bonding material）により互いに結合されている。これらの接着材としては、ポリマー（例えば、エポキシ樹脂）を用いることができ、該接着材の層の厚さは、通常、少なくとも２ｍｍである。

ここで、このようなセグメント型のパイロンを製作する場合、その手順は、セグメントを位置決めした後、セグメントの頂面に接着材を塗布するといった工程を含む。この後、接着材は、次のセグメントが所定の位置に配設された後、硬化することができる。この後、順次、新たに配設されたセグメントに接着材を塗布するといった工程などが続く。

しかしながら、一年中で寒い時期にパイロンを構築する場合、ある環境下においては、接着材について問題が生じるであろう。より詳しく説明すれば、接着材は、通常、硬化するためには最小限の温度を必要とする。すなわち、外気の温度が低い場合、例えば０℃付近である場合、接着材は硬化せず、あるいは硬化に非常に長い時間ないしは期間を要し、このためパイロン全体の構築をかなり遅延させることになる。

本発明の目的は、互いに重なり合う位置関係で配置されたセグメントを備えていて、セグメント間に接着材を伴っているパイロンの構築を迅速化することである。

本発明によれば、上記の目的は、請求項１にかかる特徴によって達成される。有利な発展形態は、従属請求項に規定されている。

本発明によれば、互いに重なり合う位置関係で配置されたセグメントの少なくとも１つの面（side）に、加熱モジュールないしは加熱要素（heating module）が設けられる。この加熱要素は、好ましく、単純な加熱ワイヤないしは電熱線（heating wire）、ＰＣＴ抵抗線（PCT resistance wire）又はスチールワイヤ（溶接ワイヤ）を含んでいる。

ここで、大電流、例えば７０Ａないし１５０Ａの範囲内の電流がこのようなワイヤ（線）を流れた場合、該ワイヤの温度が上昇し、セグメントの頂面に塗布された接着材は、外気の温度が低いのにもかかわらず、所望の態様で迅速に硬化することができる。

良好な加熱効果を実現するには、接着材に対して最大限に可能な熱伝達を達成するため、加熱要素を、コンクリートセグメントの上部領域内で全表面領域にわたって設けるのが有利である。

この大きい加熱効果はまた、例えば電熱線を、パイロンセグメントのコンクリートの上部領域内において曲がりくねった形状で配設することによっても、実現することができる。この場合、電熱線は、２つの接続端子のみでアクセス可能である。そして、これらの接続端子に、例えば、ワイヤに大電流を流すことができる従来の溶接変圧器を接続することができる。その結果、セグメントの上部領域、ひいては接着材に、所望の加熱効果が生じる。

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明を詳しく説明する。
図１は、円形のパイロンセグメント４（上側からみて）を示している。なお、このパイロンセグメントでは、その一部の部品はパイロンセグメント表面から取り外されている。ここで、パイロンセグメントの上部領域２（upper region）に加熱要素１が挿入され（let into）、この加熱要素は、コンクリートセグメント４内において曲がりくねった形状で配置された電熱線５を備えていることがわかるであろう。また、電熱線５に対して、２つの接続端子６ａ、６ｂが設けられていることもわかるであろう。これらの接続端子に、例えば、電熱線５を流れることができる大電流を生成する溶接変圧器を接続することが可能である。これにより、電熱線５は加熱され、セグメントの最上部の領域でコンクリートを加熱し、その結果セグメント上の接着材が硬化することができる。

図３は、互いに重なり合った位置関係で配設されたセグメントを示す図である。この図には、互いに重なり合う位置関係で配設された２つのセグメント４、６が示されている。これらのうち、下側セグメント４（lower segment）は、強化コンクリート設備の領域で遮断されている（ここでは特別な重要性はない）。ここに、パイロンセグメントの上部領域に配設された電熱線５が存在することもわかるであろう。セグメント４及び６は、セグメント４、６内のテンション装置（tensioning device）のケーシングチューブ７（casing tube）が実質的に互いに背向（対向）する位置関係で並んで配置されるといった仕様で、互いに重なり合う位置関係で配設されている。このテンション装置８は、確実に固定できる位置関係で下側セグメント４に挿入され、そして円周方向に伸びているリムの上側エッジは、セグメント４の表面とぴったり重なって（flush with the surface）終端している。管状部１２は、セグメント４と一体化されたケーシングチューブ７に係合している。

テンション装置８の一部には、シール部材２０が取り付けられている。テンション装置は、シール部材２０を受け入れるために設けられている。そして、このシール部材は、頂面でもって、下側セグメント６に確実に耐える。

セグメント４、６を備えたパイロンを構築するときには、まず３つのスペーサ３２が、好ましく、最後に取り付けられたセグメント４の上向きの対向面上で、その円周のまわりに、ほぼ等間隔で分布するように配置される。

スペーサ３２は、好ましく木材でつくられ、約５ｍｍの高さを有している（セグメントの表面粗さに依存する）。この高さは、組み立て後におけるセグメント４、６間の意図された間隔３０に対応する。木材の弾性係数（modulus of elasticity）は、一方では、木材がパイロン内に生じる力にしばらくの間は耐えることができる範囲のものである。しかし、他方では、この弾性係数は、セグメント４、６の互いに背向（対向）する表面における不規則性（irregularity）及び不均一性（unevenness）が、該木材内に押圧され、かくしてセグメント４、６上での剥片化現象（flaking-off phenomenon）又はチップ化現象（chipping-off phenomenon）が回避される。

ここにおいて、セグメント４、６のレベル合わせ（levelling）は、セグメント４、６の不可避な製造誤差（inevitable production inaccuracy）に応じて、スペーサ３２の高さの適切な選択によって達成することができる（間隔は、ほぼ２ｍｍにみであってもよい）。

上側セグメント６及び下側セグメント４の配設作業の前に、セグメント４の上側表面に接着材３４が塗布され（applied）、その領域が被覆される。ここにおいて、セグメント４、６内のケーシングチューブ７、８と、上側セグメント６内のケーシングチューブ７と、下側セグメント４内のシール部材２０を伴った装置８とが、互いに背向（対向）する関係にある位置は、接着材３４が突起部２３（projection）のところまで塗布される限り、接着材３４を塗布する際に清浄な（clear）状態が保持される。

表面領域を被覆するために塗布される接着材３４は、好ましくはエポキシ樹脂（又は、その他のポリマー）であり、セグメント４、６間の意図された間隔に実質的に対応して、少なくともおよそ２ｍｍないし６ｍｍの厚さの層となるように塗布される。

このようなパイロンが一年中で寒い時期に構築される場合、しばしば温度が一日中氷点より低温となるところでは（風力発電装置は、非常に保護が薄い位置にも構築されるので）、エポキシ樹脂は、通常は硬化せず、もし硬化するとしても非常に緩速である。これは、パイロンの構築に含まれる施工手順を全体的に大幅に遅延させる。なぜなら、さらなるセグメントのさらなる位置決めは、すでに位置決めされた下側セグメント間でのエポキシ樹脂の硬化を前提としているからである。

本発明にかかるパイロンの場合、パイロンの構築チームは、この後、例えば接続端子６ａ、６ｂを介して電熱線に接続された溶接変圧器によって、すでにセグメントに設けられている加熱要素又は加熱手段を動作（稼働）させる。溶接電流は、６０Ａないし１５０Ａ（又はこれより小さいか、これより大きい）の範囲内である。ここで、セグメント４は、その頂面を加熱するとともに接着材も加熱し、接着材は、所望の短い時間内に硬化することができる。

普通のスチールワイヤ、電熱線又は溶接ワイヤの形態の加熱要素を用いることは、非常に便利であり、かつ安価であるので、パイロンが硬化した後においても、セグメントのコンクリート中に残留させることができる。いずれにしても、パイロンセグメントは、その強度を高めるために、複数のスチール製の筋かい（bracing）を含んでいる。

電熱線５がセグメント内のその他の導電部品と接触するのを回避するため、電熱線５に、熱伝導性は有するが電気的には絶縁性の層を設けるのが好ましい。しかしながら、このような絶縁層は、６０℃ないし１００℃までの温度範囲では、熱及び形状に関しては耐久性を有するべきである。

図２は、本発明の実施の形態の温度特性を示している。この図によれば、外側温度の曲線が、最初に−１２℃ないし−１５℃の範囲に向かってどのように低下するかを知ることができる。

この温度曲線には、曲線Ｋ１、Ｋ２及びＫ３が存在する。ここで、Ｋ１は、加熱ライン（加熱要素、電熱線）の温度である。Ｋ２は、コンクリートの角部（corner）における温度である。そして、Ｋ３は、コンクリートの中心部（セグメントの表面）における温度である。この図から明らかなとおり、電熱線５におよそ８０Ａないし９０Ａの電流が流通すると、直ちに温度はほぼ直線状に上昇し、コンクリートの温度も電熱線の温度に伴って、短い時間の遅れを伴いつつ上昇する。このようにして、この特定のケースでは、エポキシ樹脂である接着材が迅速に硬化することができ、さらなるセグメントを配置する作業を迅速に進行させることができる。

電熱線は、下側セグメントの最上部領域に設けるだけでなく、さらに上側セグメント６の下部領域にも設けることができ、これにより、より多くの熱を接着材に加えることができ、その硬化をさらに促進することができるということがわかるであろう。

セグメントを加熱するための、本発明の変形例は、非常に好都合であり、最終的には、電熱線として用いられる普通のスチールワイヤのコストは、１メートルあたり数百ドイツマルクの範囲内であるといった利点をもつ。

このような電熱線を配設する作業はまた、非常に簡単なものであり、セグメントの製造時に迅速に終了することができる。

それゆえ、電熱線がセグメント自体に残留しても、何ら不具合は生じない。また、たとえ、パイロンを気温が高い時に構築したために、電熱線が全く使用されなかったとしても、何ら不具合は生じない。

しかしながら、電熱線を設けた場合は、一年中の寒い時期でも、つまり天候及び季節にかかわりなく、風力発電装置のパイロンを構築することができる。

電熱線は、例えば曲がりくねった形状で配設することができるだけでなく、その他のどのような形状でも配設することができ、電熱線自体が円形となるような形状に配設してもよいということがわかるであろう。

図４は、本発明にかかるパイロンセグメントを備えたパイロンを示す図である。ここで、パイロンセグメントは、あるセグメントが他のセグメントの上に配置され、固定具ないしは固定装置（bracing device）（図示せず）によって互いに固定されるといった構成のものである。

本発明にかかるパイロンセグメントの上面図である。 本発明にかかるパイロンセグメント種々の測定点及び空気についての測定値の変化を示すグラフである。 セグメントが互いに重なり合った位置関係で配置された場合における、パイロンセグメント内の電熱線の配置形態を示す図である。 風力発電装置の、パイロンセグメントからなるパイロンの図である。

符号の説明

１ 加熱要素、２ 上側領域、４ パイロンセグメント、５ 電熱線、６ パイロンセグメント、６ａ 接続端子、６ｂ 接続端子、７ ケーシングチューブ、８ テンション装置、２０ シール、２３ 突起部、３０ 間隔、３２ スペーサ、３４ 接着材。

Claims (6)

1. 互いに重ね合わせられた複数のセグメントと、
   互いに重ね合わせられた上記複数のセグメント間に配置され、硬化に最小限の温度を必要とするとともに、硬化の前に上記セグメントの重ね合わせられる表面に塗布されて該表面を被覆することができる接着材とを備えている、風力発電装置のパイロンであって、
   下側に配置されたセグメント（４）の上部領域、及び／又は、上記セグメントの上側に配置されたセグメント（６）の下部領域において、該セグメントの内部に加熱要素が設けられ、
   上記加熱要素が、加熱により上記接着材の硬化を促進するように構成されていることを特徴とするパイロン。
2. 上記加熱要素が、上記セグメント（４）自体の内部において該セグメントの頂面の下に配設された電熱線（５）又はＰＴＣ抵抗線を含むことを特徴とする、請求項１に記載のパイロン。
3. 上記電熱線（５）又はＰＴＣ抵抗線が、その内部を電流が流れるときに加熱を行うワイヤであることを特徴とする、請求項２に記載のパイロン。
4. 上記電熱線（５）又はＰＴＣ抵抗線が、上記セグメント（４）内に、曲がりくねった形状で配置されていることを特徴とする、請求項２に記載のパイロン。
5. 上記電熱線（５）を加熱するための電流生成装置を接続することができる電流接続端子（６ａ、６ｂ）を備えていることを特徴とする、請求項２〜４のいずれか１つに記載のパイロン。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載のパイロンを備えている風力発電装置。

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