TW201702481A - 風力發電裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種風車用葉片及風力發電裝置，該風力發電裝置具有該風車用葉片，該風車用葉片係利用基於片型受雷器與葉片前端開口部之形狀的卡止結構而進行片型受雷器對於葉片前端之固定，可抑制因雷擊所導致之片型受雷器飛散。
為了解決上述課題，本發明風力發電裝置具備風車用葉片，風車用葉片具有；葉片本體(4)、及安裝於葉片本體(4)之前端之受雷器(9)；受雷器(9)具備位於葉片本體(4)之前端開口部的外側之實心之葉片外側部(9a)、與位於前端開口部的內側之葉片內側部(9b)；葉片內側部(9b)具備寬度方向或厚度方向之尺寸較葉片前端開口部之內壁的寬度方向或厚度方向之尺寸為大的部位；葉片前端開口部之內側具備連接於受雷器(9)之引下導體(24)；具有將葉片內側部(9b)與葉片本體(4)鎖固之鎖固機構(20)；且安裝有鎖固機構(20)之受雷器(9)的葉片內側部(9b)之部位係以涵蓋鎖固機構(20)之長度方向的方式形成為塊狀。
Description
本發明有關一種風力發電裝置，尤指一種在葉片之前端具備受雷部(片型受雷器)的風力發電裝置。
按，風力發電裝置因其高度之故，落雷之危險性非常之大，其防範對策被認為是重要的課題之一。特別是風車若是大型化，則葉片之落雷受災之比率將為之增大，因此葉片之落雷防範對策事屬重要。為此，業界乃實施藉由在葉片前端設置受雷部(片型受雷器)，而防止對於受雷器以外之葉片的雷擊之落雷防範對策。
雷之中，冬季的雷(冬雷)包括電流持續時間長而電荷量大者。曾經觀測到的是，伴隨著落雷，葉片上會有超過IEC之規格所規定之雷電流保護等級的1,000庫侖左右之雷電流。因此，若是進行針對實際觀測到的1,000庫侖等級以上之落雷防範對策，便可抑制冬雷所導致之葉片受災的發生，且風力發電裝置之運轉率也會提高。
對於電荷量大的雷，為了使片型受雷器即使
遭受雷擊也不會產生熔融或開孔等現象，片型受雷器之中令人期望被採用的是實心受雷器。又，基於使落雷發生於受雷器，防止其雷擊於受雷器以外之葉片的觀點，實心受雷器較易於聚集電子，且與中空受雷器相比效果更大。此處，作為受雷器安裝於葉片之前端的風車用葉片，例如有專利文獻1所記載者。又，作為中空受雷器安裝於葉片前端之風車用葉片，例如有專利文獻2中所記載者。
專利文獻1中，係將片型受雷器對於葉片之安裝，藉由於受雷部設置錨部，並將錨部固定於葉片前端而進行。又，錨部之前端部具有朝前端寬度變大之錐狀形狀，將此一前端部卡止於葉片上所設之卡止用空隙，且進一步進行利用接著劑之接合，而將錨部確實固定於葉片。
專利文獻2中，雖並未將實心受雷器對於葉片進行安裝，然而其係在至少由構成翼片本體之至少一部分的纖維強化塑膠、與形成翼片前端之金屬製受雷器重疊的狀態下，使纖維強化塑膠相對於金屬製受雷器由螺栓鎖固。
[專利文獻1]日本特開2011-163132號公報
[專利文獻2]WO 2013/084634 A1
片型受雷器會受到伴隨著葉片之旋轉的離心力。實心受雷器與中空受雷器相比較重之故，會受到較大的離心力，因此確實的安裝於葉片乃屬重要。片型受雷器之針對葉片的安裝，先前例如係進行如專利文獻1所記載般之利用片型受雷器與葉片前端之形狀所達成的卡止結構之安裝，或是如專利文獻2所記載般之利用螺栓等之鎖固機構之安裝。利用專利文獻1所記載般之卡止結構的安裝之中，為了確實固定係使用接著劑，並未進行螺栓等之鎖固機構的併用。
使用螺栓等之鎖固機構的安裝，可推想到的是因對於螺栓之頭部的雷擊，螺栓之頭部會為之脫落。而利用片型受雷器與葉片前端之形狀的卡止結構之安裝，基本上並無使用螺栓等鎖固機構之必要，因此不會造成螺栓等之鎖固機構的損傷此一課題。
然而，根據本發明人等之研討，在利用片型受雷器與葉片前端之形狀的卡止結構所為之安裝中也是，因雷擊之故，片型受雷器之對於葉片的固定劣化，以致有片型受雷器自葉片前端飛出之情況(又，於此技術領域中，多將因雷擊而片型受雷器飛出此一情事稱為片型受雷器之飛散)。伴隨著落雷於片型受雷器，若是產生片型受雷器之飛散般之葉片受災，則葉片之修復需要多量的時間或費用，而有演變成巨額損失之可能性。
本發明之目的係在提供一種風車用葉片及風力發電裝置，該風力發電裝置具有該風車用葉片，該風車用葉片係利用基於片型受雷器與葉片前端開口部之形狀的卡止結構而進行片型受雷器對於葉片前端之固定，可抑制因雷擊所導致之片型受雷器飛散。
本發明之風力發電裝置，其特徵在於：具備風車用葉片，前述風車用葉片具有葉片本體、及安裝於前述葉片本體之前端之受雷器；前述受雷器具備位於前述葉片本體之前端開口部的外側之實心之葉片外側部、與位於前述前端開口部的內側之葉片內側部；前述葉片內側部具備寬度方向或厚度方向之尺寸較前述葉片前端開口部之內壁的寬度方向或厚度方向之尺寸為大的部位；前述葉片前端開口部之內側具備連接於前述受雷器之引下導體；具有將前述葉片內側部與前述葉片本體鎖固之鎖固機構；且安裝有前述鎖固機構之前述受雷器的葉片內側部之部位係以涵蓋前述鎖固機構之長度方向的方式形成為塊狀。
根據本發明，係利用基於片型受雷器與葉片前端開口部之形狀的卡止結構而進行片型受雷器對於葉片前端的固定之風車用葉片以及使用該風車用葉片之風力發電裝置，可有效地抑制因雷擊所導致之片型受雷器的飛
散。
上述以外之課題、構成及效果，可由以下之實施方式之說明獲得深一層之了解。
4‧‧‧葉片(葉片本體)
9‧‧‧片型受雷器
9a‧‧‧片型受雷器之葉片外側部
9b‧‧‧片型受雷器之葉片內側部
20‧‧‧鎖固機構
20a‧‧‧貫穿螺栓座
20b‧‧‧螺栓
24‧‧‧葉片內避雷導線(引下導體)
26‧‧‧接著劑
第1圖係用以說明應用本發明之風力發電裝置(水平軸風車)之構成的說明圖。
第2圖係用以說明應用本發明之風車用葉片的構成例之葉片的概略圖。
第3圖係本發明之一個實施例風車用葉片之前端部的放大圖，其為用以說明將片型受雷器安裝於葉片前端之結構的圖。
第4圖係本發明之一個實施例風車用葉片之前端部的放大剖視圖，其為第3圖的IV-IV箭頭方向剖視圖。
第5圖係本發明之一個實施例風車用葉片之用於固定片型受雷器之鎖固部件的剖視圖。
第6圖係本發明之第4圖所示之實施例風車用葉片之前端部的放大剖視圖，其為第3圖的VI-VI箭頭方向剖視圖。
第7圖係本發明第4圖所示之實施例風車用葉片之前端部的放大剖視圖，其為除去鎖固部件之頭部的狀態之第3圖的IV-IV箭頭方向剖視圖。
第8圖係本發明之其他實施例風車用葉片之前端部的
放大剖視圖，其為第3圖的IV-IV箭頭方向剖視圖。
第9圖係本發明又一其他實施例風車用葉片之前端部的放大剖視圖，其為第3圖的IV-IV箭頭方向剖視圖。
第10圖係本發明之第9圖所示之實施例風車用葉片之前端部的放大剖視圖，其為第3圖的VI-VI箭頭方向剖視圖。
第11圖係本發明又一其他實施例風車用葉片之前端部的放大剖視圖，其為第3圖的IV-IV箭頭方向剖視圖。
第12圖係本發明之一個實施例風車用葉片之前端部的放大圖，其為葉片之上面側剝離之狀態的示意圖。
第13圖係表示第12圖之變化例的圖。
以下，利用圖面針對本發明之實施例進行詳細說明。
首先，茲就本發明之完成經緯詳細說明。
如上所述，本發明係有關一種利用基於片型受雷器與葉片前端開口部的內壁之形狀的卡止結構而進行片型受雷器對於葉片前端之固定的風車用葉片者。基於片型受雷器與葉片前端開口部的內壁之形狀的卡止結構，具有片型受雷器位於葉片前端開口部外側之部位(葉片外側部)與插入葉片前端開口部內側之部位(葉片內側部)，且葉片內側部之寬度方向或厚度方向之尺寸構成為較葉片前端開口部之內壁之尺寸為大，因此片型受雷器自葉片前端開口部
飛出之情事受到物理性限制。又，如此般之卡止結構中，片型受雷器之葉片內側部與葉片前端開口部之內壁係進一步藉由接著劑固定，因此片型受雷器之自葉片前端開口部的飛散可有效地獲得限制。
然而，據傳若露水等之水分存在於葉片內，則因被雷擊而水分會蒸發導致葉片內之壓力上升，而有葉片破損之情事發生。就此點對於葉片前端之片型受雷器的卡止結構之影響進行研討，結果推想到的是因被雷擊而水分蒸發導致內部壓力上升，葉片之前端開口部將較片型受雷器之葉片內側部之寬度方向或厚度方向之尺寸更大幅張開。但是，可以想像到的是即使葉片之前端開口部張開，然因葉片之前端開口部內壁與片型受雷器之葉片內側部的表面由接著劑固定，故而可有效抑制片型受雷器自葉片前端開口部飛散。然而，還可推想到的是因雷擊以致接著劑劣化，接著劑之效果會為之消失。
如此，即便是利用基於片型受雷器與葉片前端開口部之形狀的卡止結構及接著劑進行片型受雷器對於葉片前端之固定，若是因雷擊而產生卡止結構或接著劑之劣化，則將難以有效抑制片型受雷器之飛散。本發明人等基於如此般之研討，又進行即便是因雷擊以致產生卡止結構或接著劑之劣化，是否仍能有效抑制片型受雷器之飛散的各種相關研討。
此一研討的結果發現，除了基於片型受雷器與葉片前端開口部之形狀的卡止結構以外，若是預先以螺
栓等之鎖固機構將片型受雷器與葉片固定，則因雷擊即使是葉片前端開口部張開而導致卡止結構劣化、接著劑劣化，仍可藉由螺栓等之鎖固機構有效地抑制片型受雷器之自葉片前端開口部的飛散。此處，本發明中，基於片型受雷器與葉片前端開口部之形狀的卡止結構為主要之片型受雷器的固定機構，而螺栓等之鎖固機構為輔助性之片型受雷器的固定機構。換言之，即使不具備螺栓等之鎖固機構，藉由基於片型受雷器與葉片前端開口部之形狀的卡止結構，也仍可將片型受雷器固定於葉片前端開口部。將螺栓等之鎖固機構作為主要之片型受雷器的固定機構時，因有雷擊導致螺栓頭部之脫落等之懸念，故可考量到的是為了作為片型受雷器之固定機構使用，有必要進行各種研討。然而，如本發明般，將螺栓等之鎖固機構作為輔助性之片型受雷器的固定機構使用之情況下，即便是螺栓之頭部脫落也對片型受雷器之固定沒有大的妨害。本發明藉由如此般之將螺栓等之鎖固機構作為輔助性之片型受雷器的固定機構與基於片型受雷器與葉片前端開口部之形狀的卡止結構併用，即使因雷擊以致卡止結構或接著劑產生劣化，也仍能有效地抑制片型受雷器之飛散。又，本發明中，作用於片型受雷器之離心力除卡止結構或接著劑以外，螺栓等之鎖固機構亦予保持，因此作用於片型受雷器之離心力乃分散被保持，可期待抑制卡止結構或接著劑之劣化。
其次，對本發明之實施例進行說明。首先，
使用第1圖及第2圖，針對具有應用本發明之葉片4的水平軸風車1之構成進行說明。
水平軸風車1，如第1圖所示，包含：設置於地上之塔架2、安裝於塔架2之頂部之機艙3、及安裝於機艙3內部的主軸(圖示省略)上之葉片4等而構成。主軸上經由減速機連結有發電機，基於葉片4之旋轉由發電機進行發電。葉片4係具備纖維強化塑膠(FRP)製之外皮、及配置於此一外皮的內側之主樑(圖示省略)而構成。
葉片4上配置有作為雷擊保護裝置之受雷器(受雷部)。受雷器係藉由引下導體(避雷導線的垂直部分)而連接於接地電極，引下導體可迅速地將雷電流自受雷器導電至接地電極。本實施例中，葉片4之前端部設有作為受雷部之片型受雷器9。又，因應葉片之尺寸還設有中間受雷器16。另，本實施例中，引下導體包含：接地用避雷導線11、塔架內避雷導線12、機艙內避雷導線13、及葉片內避雷導線14而構成。此外，引下導體尚包含並非為其目的而特別設置之供結構體利用(達成雷擊保護機能之構成部件)之引下導體。引下導體係以考量雷之能量(電荷量)的材質或粗度等而構成。除銅線以外，還可使用鋁製之導線等。
塔架2之設置場所附近之地中，如第1圖所示，作為接地電極而埋設有接地金屬板10，此一接地金屬板10與塔架2之接地端子2a之間配設有做為引下導體
(避雷導線的垂直部分)的一部分之接地用避雷導線11。又，塔架2之內部，如第1圖所示配設有作為引下導體之一部分的塔架內避雷導線12。塔架內避雷導線12之下端係連接於塔架2之下部所設之接地端子2a，藉此，塔架內避雷導線12乃與接地金屬板10電性連接。另，塔架內避雷導線12之上端係連接於作為配設於機艙3之內部的引下導體之一部分的機艙內避雷導線13。
機艙3之內部，如第1圖所示般配設有機艙內避雷導線13。機艙內避雷導線13之一端係連接於塔架內避雷導線12，機艙內避雷導線13之另一端係連接於配設在葉片4之內部的引下導體之一部分即葉片內避雷導線14之一端。葉片內避雷導線14之另一端係連接於受雷部9。又，於設置中間受雷器16之情況下，係以葉片內避雷導線14之中途連接於中間受雷器16。此外，機艙3之後方，如第1圖所示般設有避雷針5。避雷針5係為保護風速計或風向計而設以免受雷擊。此一避雷針5亦是經由機艙內避雷導線13而連接於塔架內避雷導線12。
當水平軸風車1之葉片4上所設之片型受雷器9上有落雷時，落雷之電流將依序經由葉片內避雷導線14、機艙內避雷導線13、塔架內避雷導線12、接地用避雷導線11及接地金屬板10而被誘導至地中。又，避雷針5上有落雷時，落雷之電流將依序經由機艙內避雷導線13、塔架內避雷導線12、接地用避雷導線11及接地金屬板10而被誘導至地中。
其次，利用第3圖~第13圖將對於葉片(葉片本體)4之前端開口部的片型受雷器之固定結構進行詳細說明。
片型受雷器9，如第3圖所示，具備位於葉片前端開口部外側之部位(葉片外側部9a)與插入葉片前端開口部內側之部位(葉片內側部9b)。又，葉片前端開口部之開口，係由對開狀之二個葉片面(背側面與腹側面)對合合攏而形成於葉片前端的圓形開口。
片型受雷器9之葉片內側部9b，係以具有寬度方向(第3圖之左右方向)或厚度方向(第3圖之與紙面大致垂直交叉之方向)之尺寸較葉片前端開口部之尺寸為大的部位之方式構成，藉而構成所謂之基於片型受雷器與葉片前端開口部之形狀的卡止結構。換言之，基於片型受雷器與葉片前端開口部之形狀的卡止結構中，葉片4之前端開口部之形狀與片型受雷器9之葉片內側部9b之形狀的關係係指：於將片型受雷器9之葉片內側部9b安裝於葉片4之前端開口部的狀態下，自與葉片4之前端開口部的平面垂直之方向觀察時，具有葉片4之前端開口部的內壁部與片型受雷器9之葉片內側部9b重合的區域之關係。
本實施例中，片型受雷器9之葉片內側部9b，其厚度方向(第3圖之與紙面大致垂直交叉之方向)之尺寸係構成為較葉片前端開口部之尺寸為大(參見第4圖、第6圖~第11圖)。
再者，專利文獻2中，由剖面觀察之情況下，於纖維強化塑膠與金屬製受雷器重合之區域，金屬製受雷器具有其第1凹部之厚度(自吸引面側之第1凹部的表面以至壓力面側之第1凹部的表面之距離)，較纖維強化塑膠的前端之間隔(纖維強化塑膠之自吸引面側之與金屬製受雷器的接觸面以至壓力面側之與金屬製受雷器的接觸面之距離)為大的區域，但並未暗示本實施例之構成。專利文獻2中，金屬製受雷器在構成上亦是分離成對開形狀之於吸引側部位與壓力側部位之兩個。再者，專利文獻2中，金屬製受雷器之第1凹部的纖維強化塑膠，係作為吸引面側與壓力面側之兩個平板位於僅將金屬製受雷器之第1凹部夾入的位置，並未形成葉片前端開口部。因此，專利文獻2之構成中，將纖維強化塑膠與金屬製受雷器鎖固之螺栓因雷擊而損傷之情況下，由於翼片之旋轉或振動等，金屬製受雷器會有自纖維強化塑膠脫離之可能性，難以說得上是構成基於金屬製受雷器與纖維強化塑膠之形狀的卡止結構者。
本實施例中，除了上述之卡止結構以外，又使用包含螺栓等之鎖固機構20將葉片4之前端部與片型受雷器9之葉片內側部9b一起固定。鎖固機構20係於葉片之寬度方向以複數個(本實施例中為兩個)並排之方式安裝。鎖固機構20之細節將利用第4圖~第11圖進行說明。
又，葉片4之前端部側之上面形成有除水孔
15。此一除水孔15，係為了防止受雷擊所導致之內部壓力上升，而使水不積留於葉片內部而設者。葉片4旋轉時，可藉由離心力自除水孔15除水。
受雷器會有在受雷時因熱而熔融之情況。因此，乃選定為考量因熱所導致之溫度上升下仍能維持充分之性能的材料或尺寸。本實施例中，片型受雷器9係使用作為實心受雷器體積為大，且由導電性高之鋁、銅或黃銅所構成者。又，實心受雷器係指除了用以將螺栓等之鎖固機構安裝之孔、或用以安裝引下導體而形成之孔等以外不具有空間部的受雷器，特別是在本實施例中，係將受雷器9之葉片外側部9a內不具有空洞者稱為實心受雷器。實心受雷器具有易於聚集電子之特徵，在片型受雷器9有落雷發生時對於受雷器以外之葉片防止雷擊之效果高。又，受雷器期望其強度愈強愈好，為了使其在受到雷擊時不熔融，且使開孔之危險性減小，宜以實心受雷器構成。再者，針對葉片內側部9b亦將其設為實心此舉，如後所述，可使熱容量增大，故可抑制雷擊所導致之受雷器內部之急劇性溫度上升。
如第4圖所示，片型受雷器9之葉片內側部9b，於自葉片之前端側朝向根部側的方向具有擴張部，而且具有與葉片4之前端開口部的內壁面相接之抵接面。此處所稱之抵接面，係指葉片之內壁面與片型受雷器之外壁面密接的面。此一抵接面係藉由葉片4之前端開口部的內壁面而在朝向葉片前端開口部之外側(圖面左側)的移動
上受到規制，而可抑制片型受雷器9之自葉片4飛散。亦即，其為只要葉片之剖面沒有張開，片型受雷器即不會自葉片之前端開口部脫出之結構。
進而，片型受雷器9之葉片內側部9b的抵接面與葉片4之前端開口部的內壁面之間施有接著劑26，可使片型受雷器9之葉片內側部9b對於葉片4的前端開口部之內壁面之固定確實化。接著之面，宜具有大致為片型受雷器平面之一半的面積，而以充分可耐作用於片型受雷器上之離心力的接著力固定。此處所稱之接著材料，宜為使用與構成FRP之樹脂相同的環氧樹脂之環氧樹脂系接著劑，但其他之具有黏著力者亦屬無妨。
葉片4之前端開口部的內壁面與片型受雷器9之葉片內側部9b的表面，可為具有於葉片與片型受雷器之間可產生摩擦力般之粗度者。亦即，較之片型受雷器9之葉片外側部9a之表面，使其葉片內側部9b之表面粗糙地形成，或是使葉片4之前端開口部之內壁面較其他部位之葉片內壁面為粗糙之方式形成，或是使葉片內側部9b之表面與葉片4的前端開口部之內壁面二者較葉片外側部9a之表面或其他部位之葉片內壁面為粗糙之方式形成。藉此，葉片之對於片型受雷器的拘束力提高。其結果為，片型受雷器自與葉片接著之面因離心力而企圖遠離的力弱化，而可有效抑制片型受雷器之脫離。
而且，在本實施例中，係利用鎖固機構20將葉片4之前端部與片型受雷器9之葉片內側部9b一起固
定。
鎖固機構20係如第5圖所示，係由筒狀之貫穿螺栓座20a與插入貫穿螺栓座20a內之螺栓20b所構成。螺栓20b係較貫穿螺栓座20a為長，貫穿螺栓座20a亦可稱為筒狀之墊圈。之所以形成如此般之構成，是為了藉由使鎖固機構20之體積增大，而使熱不致停滯在鎖固機構內。藉由將鎖固機構20之體積設為較大可使熱容量增大，因此在鎖固機構20上有落雷時，可抑制鎖固機構內部之急劇性溫度上升。又，若將鎖固機構20如後所述般由鋁構成時，由於鋁之導電性亦屬優異，因此還可減小雷擊導致之電流所造成之內部發熱。再者，鋁之熱傳導性亦屬優異，因此還可使因雷擊而傳遞至鎖固機構內部之熱或鎖固機構內部所生之熱迅速分散。
只以螺栓構成鎖固機構之情況下，有必要使螺栓之外徑設為較大，但形成如此般大小之螺栓會耗費成本。因此，本實施例中，藉由將鎖固機構20以貫穿螺栓座20a與螺栓20b構成，可實現鎖固機構20之大徑化與螺栓20b之小徑化。此一鎖固機構，亦可應用於本發明之風車用葉片以外之情況，其可抑制因對於螺栓頭部之雷擊所造成之螺栓頭部脫落等的效果令人期待。
本實施例中，例如貫穿螺栓座20a之外徑係設為30mm，螺栓20b之直徑係設為10mm左右。又，本發明中，鎖固機構20係輔助性之片型受雷器的固定機構，因此與專利文獻2所記載般之使用螺栓作為主要之片
型受雷器的固定機構有所不同，即使將螺栓20b小徑化也無問題。
鎖固機構20只要是能固定葉片4與片型受雷器者即可。又，鎖固機構20若為與片型受雷器為種類不同者，會有引起腐蝕之可能性。因此，鎖固機構20較佳的是與片型受雷器為相同素材者。片型受雷器由鋁素材構成時，可以考慮的是與片型受雷器相接之外側以鋁素材而內側以不鏽鋼鋼材構成。鎖固機構20由貫穿螺栓座20a與螺栓20b構成之情況下，貫穿螺栓座20a可以考慮的是整體以鋁構成，而且，螺栓20b以其芯部以不鏽鋼素材，將此芯部之材料以鋁被覆之方式構成。藉由此一構成，可實現輕量及高強度，在葉片旋轉時可減輕鎖固機構20之離心力，可減輕對於葉片之負荷，而可降低劣化之危險性。
又，貫穿螺栓座20a其頭部係形成為盤狀，且螺栓20b之頭部亦形成為盤狀。貫穿螺栓座20a之頭部的內壁部係以密接於螺栓20b之頭部的方式，形成有盤狀之座孔部(鍃孔部)。藉由如此般之構成鎖固機構20，可以螺栓20b之頭部不突出於外部之方式構成，可期待對於螺栓頭部之落雷的抑制效果。此外，藉由螺栓20b之盤狀之頭部與貫穿螺栓座20a之盤狀之座孔部面可將螺栓頭部與貫穿螺栓座以寬廣之接觸面密接，因此即使螺栓頭部有落雷，起因於落雷之熱也可經由寬廣之接觸面傳遞至貫穿螺栓座20a。藉由此等事實，可有效地抑制螺栓頭部之
脫落。同樣地，葉片4之一個面4a上，形成有與貫穿螺栓座20a之頭部密接之座孔部。片型受雷器9之葉片內側部9b，形成有供貫穿螺栓座20a之直線部挿入之孔、及與螺栓20b之螺紋部螺合之陰螺紋部。貫穿螺栓座20a的頭部之內壁部、或形成於葉片4之座孔部雖形成為盤狀，但也可為筒狀，不受盤狀之限定。惟基於提高與螺栓等之頭部的密接性或增大接觸面積此一觀點，宜形成為盤狀。又，鎖固機構20(貫穿螺栓座20a)之頭部與葉片之表面密接之結果，對於葉片之負荷減輕，可抑制葉片之劣化。
第4圖所示之實施例中，係於葉片4之一個面4a上安裝鎖固機構20，但亦可於另一個面4b上安裝鎖固機構20，也可於一個面4a與另一個面4b二者上均安裝鎖固機構20。在二者均安裝之情況下，即使當葉片與片型受雷器之接著材料發生異常，而萬一上方之面與下方之面有乖離之傾向時，仍可藉由上述二者之鎖固機構確實地固定，可有效地抑制片型受雷器9自葉片4之前端開口部脫出。
又，鎖固機構20之位置並非設於葉片或片型受雷器之稱為深底之端部，而是設於內側。鎖固機構20之對於被鎖固部件之鎖固力，係作用於葉片或片型受雷器，這是因為有造成龜裂等損傷的危險性。
如第6圖所示，片型受雷器9之葉片內側部9b上，以螺栓21鎖固有作為引下導體之一部分的葉片內避雷導線24。葉片內避雷導線24上安裝有端子22，使用
螺栓21將端子22固定於片型受雷器9之葉片內側部9b。本實施例中，作為引下導體係使用鋁製之導線。鋁與銅相比雖然導電率低，但其為主要結構材中亦有使用之結構用輕量素材。因此，即使為了確保與銅同等程度之導電性而大徑化，由於為輕量素材，故不會增加風車用葉片之重量。毋寧說是與大徑化相輔相成，藉由結構用素材此一特徵，而形成具有充分可耐作用於實心受雷器即片型受雷器9之離心力的強度之引下導體。本實施例中，作為引下導體之葉片內避雷導線24雖為一條，但也可為2條。藉由設為2條，對於電流持續時間長而電荷量大的雷亦可容易地對應，且藉由引下導體亦可有效抑制片型受雷器9之飛散。
藉由鎖固機構20將片型受雷器9安裝於葉片4之前端開口部之後，如第7圖所示，較佳的是將鎖固機構20(貫穿螺栓座20a)之頭部除去並研磨，以使鎖固機構20之頭部不致從葉片面突出的方式，將葉片前端部之表面形成為光滑。藉由如此，可期待在不攪亂葉片前端之空氣的流動下，同時減少雷對於鎖固機構之直擊。藉由抑制葉片前端之空氣的流動，可期待風車之提升效率或防止噪音之效果。再者，於將鎖固機構20安裝於葉片時，為了使螺栓20b之頭部不伸出至較葉片面更為外方，藉由上述般之構成貫穿螺栓座20a之座孔部與螺栓20b之頭部，可不用除去螺栓20b之頭部，可防止螺栓頭部之強度降低。此等數點可較佳地亦同樣應用於後述之實施例。
第8圖中所示的是採用實心受雷器之其他實施例。本實施例中，鎖固機構200係包含貫穿螺栓座200a、螺栓200b與螺帽200c而構成，自一個面4a與另一個面4b之二者對於片型受雷器9之葉片內側部9b與葉片前端部施加源自鎖固機構200之鎖固力。螺帽200c係以蓋型螺帽構成，螺栓200b螺入其中。螺帽200c之頭部(與葉片前端相接之部分)亦與貫穿螺栓座200a相同形成為盤狀，葉片前端形成有盤狀之座孔部。
本實施例中，貫穿螺栓座200a、螺栓200b(芯部因應必要為不鏽鋼材)、與螺帽200c係以鋁構成，由於貫穿螺栓座200a與螺栓200b及螺帽200c係呈連結，故可在貫穿螺栓座200a與螺栓200b及螺帽200c之間不會有火花飛散之情形下使本發明運作。
又，上述之實施例中，係使用螺帽200c，於葉片前端自兩側對於片型受雷器9之葉片內側部9b及葉片前端部施加源自鎖固機構之鎖固力，但也可省略螺帽200c，而於片型受雷器9之葉片內側部9b、以及貫穿螺栓座200a與螺栓200b相接之側的相反側之葉片前端部，形成螺栓200b可螺入之陰螺紋。
藉由使受雷器如上述般以實心受雷器構成，本實施例也可期待以下般之效果。具體言之，藉由使受雷器以鋁構成可使受雷器輕量化，因此可令實心受雷器以例如可耐受到1,500庫侖等級之落雷的方式由大體積(例如300cc程度)的受雷器構成。亦即，藉由將受雷器以大體
積者構成可使熱容量增大，因此可抑制雷擊所導致之受雷器內部的急劇性溫度上升。又，構成受雷器之鋁其導電性亦屬優異，因此還可使因雷擊導致之電流所造成的內部發熱減小。再者，構成受雷器之鋁其熱傳導性亦屬優異，故而因雷擊而傳遞至受雷器內部之熱或受雷器內部所生之熱也可迅速分散。藉由此等事實，例如可構建成即使是1,500庫侖等級之落雷亦可耐受之受雷器。而且，藉由將片型受雷器以實心受雷器構成，並採用本發明之片型受雷器之固定方法，即使遭受雷擊也不會使片型受雷器飛散而予保持於葉片前端開口部。另外，藉由作為引下導體使用大徑(ψ18mm程度)之鋁導線，可將落雷所導致之電流無阻礙地誘導至接地電極，可實現例如甚至可耐1,500庫侖等級之落雷的葉片之避雷裝置。
如上所述，作為針對大能量之雷的防範對策，特別期待的是採用實心受雷器。然而，本發明之原理亦可應用於中空受雷器。第9圖~第11圖中所示是本發明應用於中空受雷器之實施例。
本實施例中，使用中空之片型受雷器9’(葉片外側部9a’及葉片內側部9b’)此點，除了作為鎖固機構使用兩種鎖固機構20’、20”以外，係與第4圖、第6圖所示之實施例相同。就相同點茲省略其說明。鎖固機構20’、20”，分別係包含貫穿螺栓座20a’與螺栓20b’、及貫穿螺栓座20a”與螺栓20b”而構成。本實施例中，鎖固機構20’係安裝於葉片4之面4a側，而鎖固機構20”係安裝
於葉片4之面4b側。鎖固機構20’與鎖固機構20”之二者均是設置為貫通葉片與片型受雷器，而且，鎖固機構20’之螺栓20b’與鎖固機構20”之螺栓20b”的前端構成為螺合。本實施例中亦然，作為輔助性之片型受雷器的固定機構之鎖固機構係與卡止結構併用，藉而可有效地抑制片型受雷器自葉片前端開口部飛散。又，於本實施例中，係令鎖固機構20’、20”自葉片之厚度方向之兩側貫通，並使鎖固機構20’、20”之螺栓20b’、20b”連結，藉此可在火花不飛散下使本發明運作。
第9圖及第10圖所示之實施例中，中空之片型受雷器9’的葉片內側部9b’係形成為板狀，鎖固機構20’、20”只有其長度方向之一部分接於葉片內側部9b’。因此，鎖固機構20’、20”無法將作用於片型受雷器9’之離心力分散保持。鎖固機構中，為了能夠將作用於片型受雷器9’之離心力分散保持，較佳的是安裝有鎖固機構之片型受雷器之葉片內側部的部位並非板狀，而是以實質上涵蓋鎖固機構之長度方向整體之方式構成為塊狀。
此一構成係示於第11圖中。如第11圖所示，中空之片型受雷器9”之葉片內側部9b”的一部分9c”係以實質上涵蓋鎖固機構20之長度方向整體的方式形成為塊狀，於此一塊狀之部位安裝鎖固機構20。藉由如是之構成，鎖固機構20(貫穿螺栓座20a)與片型受雷器9”之葉片內側部9b”的接觸長度變大，而可將作用於片型受雷器9”之離心力以鎖固機構20分散保持，而且，還可減
小加諸卡止結構或接著劑26之離心力，可期待能將此等劣化有效地抑制。
第12圖係顯示將葉片4之一個面4a剝離之狀態的示意圖。第12圖中，片型受雷器9之葉片內側部9b上的接著劑之圖示省略，又，為了使鎖固機構20等位置易於辨識，追加記入螺栓之頭部。
第12圖所示之例中，片型受雷器9之葉片內側部9b係以朝向葉片之根部側的方向寬度擴增之方式形成。藉由填充環氧樹脂系接著劑等之接著劑26，於接著劑26硬化後，接著劑26將實質上規定葉片之前端開口部的寬度，可視為利用硬化之接著劑26而結構性地抑制片型受雷器9之葉片內側部9b自葉片前端開口部拔脫。惟亦可推想到的是會有接著劑26之未填充部位產生，因此較佳的是利用葉片4之外皮規定葉片4之前端開口部，並基於與其之關係結構性地規制片型受雷器9之葉片內側部9b自葉片前端開口部脫出。
又，第12圖所示之例中，係將葉片內避雷導線(引下導體)24經由固定部件27安裝於設置在葉片之內側的主樑28。固定部件27係以螺栓等固定於主樑27，葉片內避雷導線(引下導體)24係固定於固定部件27。如上所述，作為引下導體若使用鋁導線，則可提高片型受雷器之飛散防止效果。特別是鋁導線以剛體形成，並形成為不會伸縮。再者，第12圖所示，若將經由端子22連接於片型受雷器9的葉片內避雷導線(鋁導線)24固定於
鄰近處之主樑27，則可容易地將連接於片型受雷器9之鋁導線以張緊之狀態固定於主樑27。其結果為，分擔作用於片型受雷器9之離心力此舉也變得容易，可將作用於片型受雷器9的離心力所造成之對於卡止結構或接著劑施加之力減小，還可期待能夠抑制卡止結構或接著劑之劣化。
又，第12圖所示之例中，主樑28與片型受雷器之葉片內側部9b係利用牽引索29而連結。藉此，可更有效地抑制片型受雷器9之自葉片之前端開口部的脫出。
第13圖係第12圖之變化例，此一變化例中，片型受雷器9具有半圓形之形狀。即使是如此般之形狀，在接著劑26硬化後，接著劑26將實質上規定葉片之前端開口部的寬度，因此利用硬化之接著劑26可結構性抑制片型受雷器9之葉片內側部9b自葉片前端開口部脫出。
又，本發明不受上述實施例之限制，尚包含各種變化例。例如，上述實施例係為了將本發明易於了解地說明而進行詳細說明者，不一定是限定於非得具備所說明之所有構成者。又，可將某一實施例之構成的一部分置換成其他實施例之構成，此外還可於某一實施例之構成中加入其他實施例之構成。又，針對各實施例之構成的一部分，可進行其他構成之追加、刪除、或置換。
例如，若利用於轉子位於機艙之上游的迎風
式風力發電裝置中，本發明亦可期待能發揮一定之效果，此亦包含於本發明可推想之範圍內。又，鎖固機構20中並非一定要設置貫穿螺栓座20a，此外，螺栓20b只要是能將葉片與片型受雷器固定者，即可發揮相同之效果。例如，代替螺栓20b可使用棒狀物，將棒狀物壓入或是使用接著劑將其與片型受雷器固著也屬可行。
4‧‧‧葉片(葉片本體)
9‧‧‧片型受雷器
9a‧‧‧片型受雷器之葉片外側部
9b‧‧‧片型受雷器之葉片內側部
15‧‧‧除水孔
20‧‧‧鎖固機構
22‧‧‧端子
24‧‧‧葉片內避雷導線(引下導體)
Claims (14)
- 一種風力發電裝置，其特徵在於：具備風車用葉片，前述風車用葉片具有葉片本體、及安裝於前述葉片本體之前端之受雷器；前述受雷器具備位於前述葉片本體之前端開口部的外側之實心之葉片外側部、與位於前述前端開口部的內側之葉片內側部；前述葉片內側部具備寬度方向或厚度方向之尺寸較前述葉片前端開口部之內壁的寬度方向或厚度方向之尺寸為大的部位；前述葉片前端開口部之內側具備連接於前述受雷器之引下導體；具有將前述葉片內側部與前述葉片本體鎖固之鎖固機構；且安裝有前述鎖固機構之前述受雷器的葉片內側部之部位係以涵蓋前述鎖固機構之長度方向的方式形成為塊狀。
- 如申請專利範圍第1項之風力發電裝置，其中前述葉片內側部為實心。
- 如申請專利範圍第1或2項之風力發電裝置，其中前述葉片前端開口部係於前述葉片本體之前端形成為圓形，前述受雷器之前述葉片內側部係位於前述圓形之葉片前端開口部的內側。
- 如申請專利範圍第1或2項之風力發電裝置，其中前述受雷器之葉片內側部係形成為自前述葉片本體之前 端朝向根部的方向具有擴張部；前述葉片本體之前端開口部之內壁，係以密接前述受雷器之葉片內側部的方式形成。
- 如申請專利範圍第1或2項之風力發電裝置，其中前述葉片內側部與前述葉片前端開口部之內壁面之間係填充接著劑。
- 如申請專利範圍第1或2項之風力發電裝置，其中前述鎖固部件之頭部，其與前述葉片本體相接之部位形成為盤狀，前述葉片本體上，與前述鎖固機構之頭部相接之部位盤狀形成有座孔部。
- 如申請專利範圍第6項之風力發電裝置，其中前述鎖固機構，其頭部係以不自前述葉片本體之表面突出的方式形成。
- 如申請專利範圍第1或2項之風力發電裝置，其中前述鎖固機構，係自前述葉片前端部之背側面與腹側面二者安裝於前述受雷器之葉片內側部。
- 如申請專利範圍第8項之風力發電裝置，其中自前述葉片前端部之背側面與腹側面二者，安裝於前述受雷器之葉片內側部的諸個鎖固機構，係於前述受雷器之葉片內側部被鎖固。
- 如申請專利範圍第1或2項之風力發電裝置，其中前述鎖固機構包括收容在形成於前述葉片本體及前述受雷器之葉片內側部的孔內之筒狀貫穿螺栓座、及插入前述 貫穿螺栓座之螺栓。
- 如申請專利範圍第10項之風力發電裝置，其中前述螺栓之頭部形成為盤狀；前述貫穿螺栓座之與前述螺栓之頭部相接的部分形成有盤狀之座孔部。
- 如申請專利範圍第1或2項之風力發電裝置，其中前述受雷器包含鋁，前述鎖固機構其與前述受雷器之葉片內側部相接之部分至少包含鋁。
- 如申請專利範圍第1或2項之風力發電裝置，其中前述引下導體包含鋁導線。
- 如申請專利範圍第1或2項之風力發電裝置，其中前述受雷器係經由前述引下導體而連接於接地電極。
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