(57)【要約】【課題】回転機器の翼への着氷を効率的に抑制することが可能な着氷防止装置を提供する。【解決手段】本実施例に係る着氷防止装置２１Ａは、風力発電装置の風車翼１３の外周に設けられ、風車翼１３の外周に付着した着氷物を検知する複数の光ファイバ２３と、風力発電装置１０の風車翼１３の外周に設けられ、風車翼１３を加熱する複数の加熱手段であるヒータ２４とを有する。光ファイバ２３は、風車翼１３の外周に長手方向に所定間隔で平行に複数巻き付けられている。風車翼１３の各々の光ファイバ２３同士の間には、ヒータ２４が複数設けられている。光ファイバ２３により風車翼１３に付着した氷の位置を特定し、風車翼１３に設けられているヒータ２４により氷を加熱することで、風車翼１３の着氷を抑制する。【選択図】図２
2011122533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の翼の外周に設けられ、前記翼の外周に付着した着氷物を検知する複数の光ファイバと、
前記回転体の翼の外周に設けられ、前記翼を加熱する複数の加熱手段とを有することを特徴とする着氷防止装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記翼の内部に導光し、前記翼の内壁に向けてレーザ光を照射するレーザ照射用導光体を有することを特徴とする着氷防止装置。
【請求項３】
請求項２において、
ロータヘッド又はナセル内に設けられ、レーザ光を照射する光照射装置と、
照射されたレーザ光を導光する導光体と、
該導光体光からレーザ照射用光導光体に照射されるレーザ光の光束を調整する光束調整手段と、
任意のレーザ照射用導光体にレーザ光を照射させる可動部材とを有することを特徴とする着氷防止装置。
【請求項４】
請求項３において、
レーザ照射用導光体の入射側の先端部に設けられ、前記導光体から照射される光を検出するための検出部と、
前記レーザ照射用導光体光の入射側の先端部の側面に設けられる断熱材とを有することを特徴とする着氷防止装置。
【請求項５】
回転体の翼の先端部に設けられ、前記翼上の着氷物を検知するための着氷検知用レーザ光を照射する検知手段と、
前記翼の内部を導光し、前記検知手段と連結する検知用導光体と、
前記翼の内部を導光し、前記翼の内壁に向けてレーザ光を照射するレーザ照射用導光体とを有することを特徴とする着氷防止装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記翼の外周に、前記翼の外周に付着した着氷物を検知する複数の光ファイバが設けられることを特徴とする着氷防止装置。
【請求項７】
請求項５又は６において、
前記翼の先端部に湿度測定手段が設けられることを特徴とする着氷防止装置。
【請求項８】
回転体の翼の先端部に設けられ、前記翼上の着氷物を検知するための着氷検知用レーザ光を照射すると共に、前記着氷物を加熱するための着氷抑制用レーザ光を照射する検知・レーザ照射手段と、
前記翼の内部を導光し、前記検知・レーザ照射手段と連結する検知・照射用導光体とを有することを特徴とする着氷防止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機器の翼の着氷を抑制する着氷防止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転翼航空機や風力発電装置のように自然環境下で使用される回転機械は通年で外気に晒されるため、寒冷時においては降雪や降氷雨時に回転機械の翼が凍結または翼に着雪して着氷することで回転機器の運転が適正に実施されないことが懸念されている。
【０００３】
回転機器の一例として例えば自然エネルギーである風力を利用して発電を行う風力発電装置がある。風力発電装置は、支柱上に設置されたナセルに、風車翼を取り付けたロータヘッドと、このロータヘッドと一体に回転するよう連結された主軸と、風車翼に風力を受けて回転する主軸を連結した増速機と、増速機の軸出力によって駆動される発電機とを設けたものである。このように構成された風力発電装置では、風力を回転力に変換する風車翼を備えたロータヘッド及び主軸が回転して軸出力を発生し、主軸に連結された増速機を介して回転数を増速した軸出力が発電機に伝達される。このため、風力を回転力に変換して得られる軸出力を発電機の駆動源とし、発電機の動力として風力を利用した発電を行うようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、近年、高出力の風力発電開発に伴う技術開発競争が活発に行なわれており、発電効率の向上および発電量の増大を図るため風車翼の長さが例えば３０ｍ以上となる風力発電装置の大型化と共に、風力発電装置の運転制御の高度化が進んでいる。
【０００５】
風力発電装置の運転制御が高度化することで、ナセル内には多数の制御機器・精密計器などが搭載されており、ナセル内はスペース的に尤度のない環境となっており、多くの精密機器が配置された構成となっているため、ナセル内には熱がこもりやすい構成となっている。
【０００６】
風力発電装置では、風車翼に着氷した場合の対策として、例えばナセル内に発生した熱を風車翼に伝熱させる方法、ナセル内部の油を風車翼内に拡散させる方法、風車翼にヒーターなどの加熱手段を設ける方法などが検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１２７５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、風力発電装置が大型化するにつれてナセル内に発生した熱を風車翼に均一に移動させることは困難である、という問題がある。
【０００９】
また、ナセル内部の油を風車翼内に拡散させると設備コストが大きくなる、という問題がある。更に、風車翼内で油が漏れた場合には、メンテナンスのコストが大きい、という問題がある。
【００１０】
また、複数の風車翼にヒーターを設ける場合、設置、運転費用が増大する、という問題がある。
【００１１】
このように、風力発電装置など自然環境下で使用される回転機器のように寒冷地等でも継続的に使用できるようにするため、回転機器の翼に付着する氷などを除去し、回転機器の翼への着氷を効率的に抑制する必要がある。
【００１２】
本発明は、前記問題に鑑み、回転機器の翼への着氷を効率的に抑制することが可能な着氷防止装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、回転体の翼の外周に設けられ、前記翼の外周に付着した着氷物を検知する複数の光ファイバと、前記回転体の翼の外周に設けられ、前記翼を加熱する複数の加熱手段とを有することを特徴とする着氷防止装置である。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、前記翼の内部に導光し、前記翼の内壁に向けてレーザ光を照射するレーザ照射用導光体を有することを特徴とする着氷防止装置である。
【００１５】
第３の発明は、第２の発明において、ロータヘッド又はナセル内に設けられ、レーザ光を照射する光照射装置と、照射されたレーザ光を導光する導光体と、該導光体光からレーザ照射用光導光体に照射されるレーザ光の光束を調整する光束調整手段と、任意のレーザ照射用導光体にレーザ光を照射させる可動部材とを有することを特徴とする着氷防止装置である。
【００１６】
第４の発明は、第３の発明において、レーザ照射用導光体の入射側の先端部に設けられ、前記導光体から照射される光を検出するための検出部と、前記レーザ照射用導光体光の入射側の先端部の側面に設けられる断熱材とを有することを特徴とする着氷防止装置である。
【００１７】
第５の発明は、回転体の翼の先端部に設けられ、前記翼上の着氷物を検知するための着氷検知用レーザ光を照射する検知手段と、前記翼の内部を導光し、前記検知手段と連結する検知用導光体と、前記翼の内部を導光し、前記翼の内壁に向けてレーザ光を照射するレーザ照射用導光体とを有することを特徴とする着氷防止装置である。
【００１８】
第６の発明は、第５の発明において、前記翼の外周に、前記翼の外周に付着した着氷物を検知する複数の光ファイバが設けられることを特徴とする着氷防止装置である。
【００１９】
第７の発明は、第５又は６の発明において、前記翼の先端部に湿度測定手段が設けられることを特徴とする着氷防止装置である。
【００２０】
第８の発明は、回転体の翼の先端部に設けられ、前記翼上の着氷物を検知するための着氷検知用レーザ光を照射すると共に、前記着氷物を加熱するための着氷抑制用レーザ光を照射する検知・レーザ照射手段と、前記翼の内部を導光し、前記検知・レーザ照射手段と連結する検知・照射用導光体とを有することを特徴とする着氷防止装置である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、回転体の翼の外周に設けられている複数の光ファイバで翼の外周に付着した着氷物の位置を特定し、翼に設けられている加熱手段のうち必要な箇所の加熱手段のみ用い、翼に付着した着氷物を加熱することができるため、翼に付着する氷など着氷物を除去し、翼の着氷を効率的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係る着氷防止装置を適用した風力発電装置の構成を簡略に示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施例１に係る着氷防止装置の構成を示す図である。
【図３】図３は、図２中のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図４は、風車翼の表面に氷が付着していない時の風車翼の表面の一部を示す断面図である。
【図５】図５は、風車翼の表面に氷が付着している時の風車翼の表面の一部を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施例２に係る着氷防止装置の構成を簡略に示す図である。
【図７】図７は、図６のＡ−Ａ断面図である。
【図８】図８は、レーザ照射用光ファイバに光を照射させる構成の一例を示す図である。
【図９】図９は、図８のＡ−Ａ断面方向から見たときの模式図である。
【図１０】図１０は、レーザ照射用光ファイバに光を照射させる構成の他の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、レーザ照射用光ファイバの入射側の一部の部分拡大図である。
【図１２】図１２は、図１１のＡ−Ａ方向から見た図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施例３に係る着氷防止装置の構成を簡略に示す図である。
【図１４】図１４は、風車翼の先端の断面を模式的に示す図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施例３に係る着氷防止装置の他の構成を簡略に示す部分断面図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施例３に係る着氷防止装置の他の構成を簡略に示す図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施例３に係る着氷防止装置の他の構成を簡略に示す図である。
【図１８】図１８は、本発明の実施例４に係る着氷防止装置の風車翼の先端の断面を模式的に示す図である。
【図１９】図１９は、風車翼の表面の氷を除去している状態を示す図である。
【図２０】図２０は、本発明の実施例４に係る着氷防止装置の他の構成を模式的に示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００２４】
本発明による実施例１に係る着氷防止装置を適用した風力発電装置について、図面を参照して説明する。
本実施例では、回転体として風力発電装置を用いて説明する。
図１は、本発明の実施例１に係る着氷防止装置を適用した風力発電装置の構成を簡略に示す図である。
図１に示すように、風力発電装置１０は、タワー（支柱）１１上に設置されたナセル１２に、風車翼１３を取り付けたロータヘッド１４と、このロータヘッド１４と一体に回転するよう連結された主軸１５と、風車翼１３に風力を受けて回転する主軸１５を連結した増速機１６と、増速機１６の軸出力によって駆動される発電機１７とを設けたものである。また、支柱１１は地面や洋上などに設けた基台１８上に設置される。
尚、ナセル１２内には増速機１６や発電機１７の他に、図示はしないが、油圧装置やその他の電気機器やこれらの制御装置も設置されている。タワー１１は筒状であってタワー１１の内部の下部には電気設備１９が設置されている。
【００２５】
風力を回転力に変換する風車翼１３を備えたロータヘッド１４及び主軸１５が回転して軸出力を発生し、主軸１５に連結された増速機１６を介して回転数を増速した軸出力が発電機１７に伝達される。風力を回転力に変換して得られる軸出力を発電機１７の駆動源とし、発電機１７の動力として風力を利用して発電を行うことができる。発電機１７で得られた電力は発電機１７と電気設備１９との間を連結するケーブルによって電気設備１９に送電される。
【００２６】
また、風力発電装置１０の風車翼１３には、本実施例に係る着氷防止装置２１Ａが設けられている。
図２は、本発明の実施例１に係る着氷防止装置の構成を示す図であり、図３は、図２中のＡ−Ａ断面図である。
図２に示すように、本実施例に係る着氷防止装置２１Ａは、回転体である風力発電装置１０の風車翼１３の外周に設けられ、風車翼１３の外周に付着した着氷物として氷２２（図５参照）を検知する複数の光ファイバ２３と、風力発電装置１０の風車翼１３の外周に設けられ、風車翼１３を加熱する複数のヒータ（加熱手段）２４とを有するものである。
本発明において、着氷物とは、空気中の水蒸気、水滴、雪が、物体の表面に凍りついて形成されるものをいい、氷、過冷却の水滴、霧氷などをいう。
【００２７】
また、図３に示すように、風車翼１３は、内部に風車翼１３を支持するための主桁２５が設けられ、主桁２５が風車翼１３の内壁に例えば接着剤により固定されている。風車翼１３は、工程法問わず、主桁の形状、寸法に応じて容易に複合構造として製造でき、所定の全体構造を形成し、風車翼として用いられる。
【００２８】
また、図２に示すように、光ファイバ２３は、風車翼１３の外周に風車翼１３の長手方向に所定間隔で平行に複数巻き付けられている。また、風車翼１３の各々の光ファイバ２３同士の間には、ヒータ２４が複数設けられている。
【００２９】
また、風車翼１３の表面に設けた光ファイバ２３は歪センサとして機能し、光ファイバ２３に雪、水滴などが凍結して氷２２が付着すると、光ファイバ２３に歪みや変形が生じ、風車翼１３の表面に付着した氷２２の位置を特定するものである。光ファイバ２３は電気を使用しないため雷の被害を受け難い。また、光ファイバ２３は例えば数十ｋｍの長距離伝送能力を有するため、長距離、広域の計測が可能である。一本の光ファイバ２３で複数地点の計測が可能である、このため、光ファイバ２３は屋外計測として有効に用いることができる。
【００３０】
図４は、風車翼の表面に氷が付着していない時の風車翼の表面の一部を示す断面図であり、図５は、風車翼の表面に氷が付着している時の風車翼の表面の一部を示す断面図である。
図４に示すように、風車翼１３の表面に着氷していない場合には、風車翼１３の表面に設けた光ファイバ２３は歪むことがないため、光ファイバ２３内を流れる光は外部からの影響を受けることなく測定される。
一方、風車翼１３の表面に氷２２が付着すると、図５に示すように、光ファイバ２３に歪みや変形が生じるため、光ファイバ２３の歪みや変形が生じた歪み部２６で光ファイバ２３を流れる光量の損失が増大し、光ファイバ２３内を進行する入射光の光量は減少するので、光ファイバ２３の歪み部２６で生じる後方散乱光も比例して減少する。風車翼１３の表面に設けた光ファイバ２３内を流れる光の後方散乱光の光量の変化量を測定することで、光ファイバ２３上に氷２２が付着したことを検知することができる。また、光ファイバ２３内の光が反射して戻る時間から歪み部２６の距離を求めることで、光ファイバ２３上に氷２２が付着した位置を特定することができる。
【００３１】
光ファイバ２３の歪み又は変形と、その位置を検知する方法としては、上記のように、光ファイバ２３の歪み又は変形で変化する後方散乱光の光量の変化量を測定する方法に限定されるものではなく、例えば、次のような方法を用いてもよい。
（１）歪み部２６で光ファイバ２３の歪み又は変形で変化する光の透過量を測定する方法。光ファイバ２３の屈曲が大きくなると、放射光が増加し、透過光が減少するため、光の透過光の光量を測定することで、光ファイバ２３の歪み又は変形と、その位置を測定することができる。
（２）歪み部２６で光ファイバ２３の歪み又は変形が生じることで変化する光ファイバ２３内の入射光の反射光の波長の変化を測定する方法。光ファイバ２３内に回折格子を設け、回折格子が設けられているセンサ部分に歪みが生じることで、その光ファイバ２３の歪み、変形量に比例して反射光の波長が変化する。光ファイバ２３の特定区間の反射光の波長の変化を測定することで、光ファイバ２３の歪み又は変形が生じたことを測定することができる。
（３）歪み部２６で光ファイバ２３の歪み又は変形が生じることで変化する光ファイバ２３内の光の反射光の周波数の変化を測定する方法。光ファイバ２３の歪み又は変形が生じている部分で発生する後方散乱光の周波数が変化する。光ファイバ２３の全区間の反射光の周波数の変化を測定することで、光ファイバ２３の歪み又は変形が生じたことを測定することができる。
【００３２】
また、ナセル１２内には、光ファイバ２３に光パルスを入射して後方散乱光の位置と強度を測定し、光ファイバ２３内の損失状態や欠陥場所である歪み部２６を測定する光ファイバ検査装置が設けられている。光ファイバ検査装置としては、例えば、光パルス試験器（OTDR：Optical  Time  Domain  Reflectometer）などの光計測器が挙げられる。前記光ファイバ検査装置より光ファイバ２３に光を照射させると共に、光ファイバ２３の歪み部２６で発生する後方散乱光を受光し、光ファイバ２３の歪み部２６と、その位置を測定する。
【００３３】
また、前記光ファイバ検査装置はナセル１２内に設けるようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、風力発電装置１０を構成するタワー１１、ロータヘッド１４などの内部、またはこれらの外部に設けるようにしてもよい。また、光ファイバ２３が主軸１５を通る場合にはスリップリングなどを介して導通させるようにしてもよい。
【００３４】
よって、本実施例に係る着氷防止装置２１Ａを用いれば、光ファイバ２３への氷２２の付着を検知することができると共に、その位置を特定することができる。
【００３５】
光ファイバ２３に氷２２が付着したのを検知した後、光ファイバ２３に氷２２が付着したと検知された箇所近傍に設けられているヒータ２４の電源を入れる。ヒータ２４で風車翼１３の表面に付着している氷２２を溶解させることで、風車翼１３の表面に付着している氷２２を除去することができる。
【００３６】
ヒータ２４の加熱する温度としては、氷２２のみを溶解させ、光ファイバ２３が変形しない温度であればよい。ヒータ２４の加熱温度としては、例えば、１０℃以上４０℃以下であるのが好ましく、１０℃以上３０℃以下であるのがより好ましい。ヒータ２４により風車翼１３を４０℃を越えた温度で加熱すると、光ファイバ２３を損傷する虞があるためである。ヒータ２４により風車翼１３を１０℃を下回る温度で加熱すると、光ファイバ２３に付着した氷２２を溶解させることができないためである。
【００３７】
風車翼１３の表面に付着していた氷２２が溶解すると、光ファイバ２３の歪みは戻り、風車翼１３の表面に設けた光ファイバ２３内を流れる光の後方散乱光の光量が増大し、前記検知器は受光する後方散乱光の光量が増大するため、前記光測定装置は風車翼１３の表面に付着した氷２２が溶解したと判断する。前記光測定装置は光ファイバ２３により風車翼１３の表面に氷２２が付着されていないと判断した後、光ファイバ２３に氷２２が付着したと検知された箇所近傍に設けられているヒータ２４の電源を切る。
【００３８】
よって、本実施例に係る着氷防止装置２１Ａを用いれば、光ファイバ２３により風車翼１３に付着した氷２２の位置を特定しているため、風車翼１３に付着した氷２２の近傍に設けられているヒータ２４のみを用いて風車翼１３に付着した氷２２を加熱することができる。
【００３９】
このように、本実施例に係る着氷防止装置２１Ａを備えた風力発電装置１０によれば、風車翼１３の外周に設けられている複数の光ファイバ２３で風車翼１３に付着した氷２２の位置を特定し、風車翼１３に設けられているヒータ２４のうち風車翼１３に付着した氷２２を溶解するのに必要なヒータ２４のみを用い、風車翼１３に付着した氷２２を加熱することができる。このため、風車翼１３に付着する氷２２など着氷物を効率良く除去することができ、風車翼１３の着氷を効率的に抑制することができる。
【００４０】
また、本実施例に係る着氷防止装置２１Ａにおいては、加熱手段としてヒータ２４を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、風車翼１３を加熱することが可能な装置を用いるようにしてもよい。
【００４１】
また、本発明は、回転体として風力発電装置１０を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、回転体として風力発電装置１０以外のもの、例えばヘリコプタ、飛行機など自然環境下で使用される回転機械についても同様に用いることができる。
【実施例２】
【００４２】
本発明による実施例２に係る着氷防止装置について、図面を参照して説明する。なお、実施例１に係る着氷防止装置の構成と重複する部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
本実施例においても、回転体として風力発電装置を用いて説明する。
また、風力発電装置の全体の構成は同様であるため風車翼の構成のみを用いて説明する。
図６は、本発明の実施例２に係る着氷防止装置の構成を簡略に示す図であり、図７は、図６のＡ−Ａ断面図である。
図６、７に示すように、本実施例に係る着氷防止装置２１Ｂは、実施例１に係る着氷防止装置２１Ａの風車翼１３の内部に導光し、風車翼１３の内壁に向けてレーザ光３１を照射するレーザ照射用光ファイバ（レーザ照射用導光体）３２を有するものである。
また、上述のように、光ファイバ２３に光パルスを入射して後方散乱光の位置と強度を測定し、光ファイバ２３内の損失状態や欠陥場所である歪み部２６を測定する光ファイバ検査装置はナセル１２内に設けられている。光ファイバ検査装置の設置場所は、上記と同様、特に限定されるものではなく、前記光ファイバ検査装置は、風力発電装置１０を構成するタワー１１、ナセル１２、ロータヘッド１４などの内部、またはこれらの外部に設ける。尚、レーザ照射用光ファイバ３２が主軸１５を通る場合にはスリップリングなどを介して導通させるようにしてもよい。
【００４３】
レーザ照射用光ファイバ３２としては、ファイバーレーザ（fiber  laser）が用いられる。本発明において、ファイバーレーザとは、希土類元素イオン（例えば、Ｙｂイオン、Ｅｒイオン、Ｅｒイオン：Ｙｂイオン、Ｔｍイオン、Ｎｄイオン等）をドープしたコアのクラッドをインナークラッドとアウタークラッドの２重構造とし、インナークラッドにレーザダイオード（Laser  Diode：ＬＤ）の励起光を通して励起させるものである。励起光はインナークラッド内に集光し、ファイバ内を伝搬し、コアにドープされる希土類元素により励起光を増幅して出力させることができるレーザをいう。
【００４４】
レーザ照射用光ファイバ３２は、風車翼１３の内部に風車翼１３の長手方向に伸びるレーザ照射用光ファイバ３２ａと、レーザ照射用光ファイバ３２ａから風車翼１３の短手方向に伸びるレーザ照射用光ファイバ３２ｂとで構成されている。風車翼１３の内部には、レーザ照射用光ファイバ３２ａが風車翼１３の短手方向に伸びるレーザ照射用光ファイバ３２ｂごとに複数設けられている。尚、図６では、便宜上、１つのレーザ照射用光ファイバ３２ａのみで表示している。
【００４５】
レーザ光３１はレーザ照射用光ファイバ３２の先端の照射部３３から複数の風車翼１３の内部に同時に照射することができる。
【００４６】
図８は、レーザ照射用光ファイバに光を照射させる構成の一例を示す図であり、図９は、図８のＡ−Ａ断面方向から見たときの模式図である。
図８に示すように、ナセル１２内には、レーザ光３１ａを照射する光照射装置３５と、照射されたレーザ光３１ａを導光する光ファイバ３６と、光ファイバ３６からレーザ照射用光ファイバ３２に照射されるレーザ光３１ｂの光束を調整する光束調整手段３７と、任意のレーザ照射用光ファイバ３２にレーザ光３１ｃを照射させる可動部材３８と、を有する。光束調整手段３７は凸レンズ３７ａと凹レンズ３７ｂとで構成されている。また、可動部材３８は、図９に示すように、複数のレーザ照射用光ファイバ３２を円形状に２つ配置し、可動部材３８は中心に回転軸３９を設け、周方向に回転可能としているため、外周に配置されている複数のレーザ照射用光ファイバ３２のうち任意のレーザ照射用光ファイバ３２にレーザ光３１ｃを照射させることができる。また、可動部材３８は上下方向にも可動可能としているため、内周に配置されている複数のレーザ照射用光ファイバ３２の任意のレーザ照射用光ファイバ３２にレーザ光３１ｃを照射させることもできる。
【００４７】
また、回転軸３９は、任意のレーザ照射用光ファイバ３２にレーザ光３１ｃを照射させるため、ステップモータなどを用いることで、μｍオーダの精度が確保されているのが望ましい。
【００４８】
よって、光照射装置３５から照射されたレーザ光３１ａは光ファイバ３６により導光され、光束調整手段３７でレーザ光３１ｂの光束を調整した後、可動部材３８で任意のレーザ照射用光ファイバ３２にレーザ光３１ｃを照射させることができる。
【００４９】
従って、任意のレーザ照射用光ファイバ３２に照射させたレーザ光３１ｃはレーザ照射用光ファイバ３２を介して複数の風車翼１３の内部の任意の箇所にレーザ光３１を同時に照射することができる。
【００５０】
光照射装置３５はナセル１２内に設けるようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、前記光ファイバ検査装置と同様に、タワー１１、ロータヘッド１４などの内部、またはこれらの外部に設けるようにしてもよい。
【００５１】
風車翼１３の表面に設けた光ファイバ２３に氷２２が付着すると、前記光ファイバ検査装置は光ファイバ２３に氷２２が付着したと判断し、光照射装置３５から照射され、任意のレーザ照射用光ファイバ３２に照射されたレーザ光３１ｃは、レーザ照射用光ファイバ３２ｂを介してその先端の照射部３３からレーザ光３１を風車翼１３の内壁に向けて照射する。レーザ光３１としては、例えば波長が赤外領域のレーザが用いられる。
なお、赤外領域とは、赤色光よりも波長が長く、ミリ波長の電波よりも波長の短い電磁波全般を含む領域をいい、波長が７００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の領域をいう。また、赤外領域には赤外線は、近赤外線、中赤外線、遠赤外線を含むものをいう。本発明において、赤外領域とは、光の波長が１０００ｎｍ以上１００００ｎｍ以下の範囲であり、３０００ｎｍ以上７０００ｎｍ以下の範囲が好適である。
【００５２】
風車翼１３の内壁側から風車翼１３の壁面の任意の箇所にレーザ光３１をレーザ照射用光ファイバ３２を介して照射することで、風車翼１３の内壁側から風車翼１３の任意の箇所の表面を効率良く加熱することができるため、風車翼１３の表面に付着した氷２２を溶解することができる。
【００５３】
よって、本実施例に係る着氷防止装置２１Ｂによれば、レーザ光３１で風車翼１３を加熱することで、風車翼１３に付着した氷２２をより早く正確に加熱することができるため、風車翼１３に付着した氷２２を更に効率良く除去することができる。
【００５４】
また、本実施例に係る着氷防止装置２１Ｂにおいては、レーザ照射用光ファイバに光を照射させる構成については、これに限定されるものではない。図１０は、レーザ照射用光ファイバに光を照射させる構成の他の一例を示す図であり、図１１は、レーザ照射用光ファイバの入射側の一部の部分拡大図であり、図１２は、図１１のＡ−Ａ方向から見た図である。
図１０〜図１２に示すように、レーザ照射用光ファイバ３２の入射側の先端部４１に光を検出するための検出部４２を設けると共に、レーザ照射用光ファイバ３２の入射側の先端部の側面に断熱材４３を設けている。また、検出部で測定された検出結果は検出器に伝達される。検出部４２としては、例えば、フォトダイオード（Photodiode：ＰＤ）、アバランシェ・フォトダイオード(ＡＰＤ)、光電子増倍管(Photomultiplier  Tube：ＰＭＴ)などが例示される。
【００５５】
光ファイバ３６から照射され、光束調整手段３７で光束が調整されたレーザ光３１ｃを検出部４２で検出することで、レーザ光３１ｃがレーザ照射用光ファイバ３２に適切に照射されているかを確認することができる。よって、レーザ照射用光ファイバ３２の入射側の先端部４１に検出部４２を設けることで、任意のレーザ照射用光ファイバ３２にレーザ光３１ｃが適切に照射されているか確認することができるため、レーザ光３１ｃを効率良くレーザ照射用光ファイバ３２に照射させることができる。
【００５６】
また、レーザ照射用光ファイバ３２の先端部４１の側面には断熱材４３を設けているため、レーザ照射用光ファイバ３２に照射されるレーザ光３１ｂによりレーザ照射用光ファイバ３２が劣化するのを防止することができる。
【実施例３】
【００５７】
本発明による実施例３に係る着氷防止装置について、図面を参照して説明する。なお、実施例１、２に係る着氷防止装置の構成と重複する部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
本実施例においても、回転体として風力発電装置を用いて説明する。
また、風力発電装置の全体の構成は同様であるため風車翼の構成のみを用いて説明する。
図１３は、本発明の実施例３に係る着氷防止装置の構成を簡略に示す図であり、図１４は、風車翼の先端の断面を模式的に示す図であり、風車翼の表面に氷が付着している状態を示す図である。
図１３、１４に示すように、本実施例に係る着氷防止装置２１Ｃは、風力発電装置１０の風車翼１３の先端部５１に設けられ、風車翼１３上の氷２２を検知するための着氷検知用レーザ光５２を照射する検知装置（検知手段）５３と、風車翼１３の内部を導光し、検知装置５３と連結する検知用光ファイバ（検知用導光体）５４と、風車翼１３の内部を導光し、風車翼１３の内壁側に向けてレーザ光３１を照射するレーザ照射用光ファイバ３２とを有するものである。
また、上述のように、レーザ照射用光ファイバ３２にレーザ光３１ｃを照射する光照射装置３５（図８参照）はナセル１２内に設けられている。光照射装置３５の設置場所は、上記と同様、特に限定されるものではなく、光照射装置３５は、タワー１１、ナセル１２などの内部、またはこれらの外部に設けるようにしてもよい。
【００５８】
図１４に示すように、検知装置５３は、レーザ照射部５５より着氷検知用レーザ光５２を風車翼１３の表面に向けて照射し、風車翼１３上の氷２２の有無を検知する。検知装置５３は、水平方向に回動可能であって、レーザ照射部５５より着氷検知用レーザ光５２を風車翼１３の表面全体に照射できる。また、検知用光ファイバ５４に着氷検知用レーザ光５２を照射する光照射装置は、光照射装置３５と同様に、ナセル１２内に設けられている。前記光照射装置の設置場所は、光照射装置３５と同様、特に限定されるものではなく、タワー１１、ナセル１２などの内部、またはこれらの外部に設けてもよい。また、検知用光ファイバ５４に着氷検知用レーザ光５２を照射する光照射装置として光照射装置３５を用いてもよい。
【００５９】
また、検知装置５３より着氷検知用レーザ光５２を風車翼１３の表面に照射したとき、風車翼１３の表面の氷２２で反射した着氷検知用レーザ光５２の反射光は検知装置５３で検知され、検知用光ファイバ５４で前記光測定装置に導光される。前記光測定装置は前記反射光を測定し、風車翼１３に付着した氷２２の位置及び形状を検知する。
【００６０】
また、レーザ照射用光ファイバ３２は、上述のように、風車翼１３の内部に風車翼１３の長手方向に伸びるレーザ照射用光ファイバ３２ａと、レーザ照射用光ファイバ３２ａから風車翼１３の短手方向に伸びるレーザ照射用光ファイバ３２ｂとで構成され、風車翼１３の短手方向に伸びるレーザ照射用光ファイバ３２ｂごとに複数設けられている。また、図８に示すように、光照射装置３５から照射されたレーザ光３１ａは光ファイバ３６により導光され、光束調整手段３７でレーザ光３１ｂの光束を調整した後、可動部材３８で任意のレーザ照射用光ファイバ３２にレーザ光３１ｃを照射させている。
【００６１】
前記光測定装置が風車翼１３の表面に氷２２が付着していると判断した時は、氷２２が付着している風車翼１３に対応する位置の内部に設けられているレーザ照射用光ファイバ３２より風車翼１３の内壁側に向けてレーザ光３１を照射し、風車翼１３の表面に付着している氷２２を加熱する。
【００６２】
よって、任意のレーザ照射用光ファイバ３２に照射させたレーザ光３１ｃをレーザ照射用光ファイバ３２を介して複数の風車翼１３の内部の任意の箇所に同時に照射することができる。風車翼１３の氷２２が付着している位置にレーザ照射用光ファイバ３２からレーザ光３１を風車翼１３の内壁側に向けて照射することで、風車翼１３は加熱され、風車翼１３に付着した氷２２を除去することができるため、氷２２の付着している位置を特定する装置と、その氷２２を溶解させる装置の設備コストを抑えつつ、風車翼１３に付着した氷２２を効率良く除去することができる。
【００６３】
また、使用する着氷検知用レーザ光５２の波長は検知装置５３の検出波長の感度に依存する。例えば、検知装置５３が８００ｎｍの波長の光の検出感度が最大である場合、照射する着氷検知用レーザ光５２の波長も８００ｎｍ程度が好適である。
【００６４】
また、上記のような検知方法により、氷２２の位置及び形状を検知することができると共に、検知しているものが氷２２であるか水であるかを区別することができる。このため、着氷検知用レーザ光５２の照射領域である検知エリアにおける検知を例えば１０秒程度など一定時間行なうようにしてもよい。また、風車翼１３は回転しているため、風車翼１３表面に水が付着している場合、その検知信号は一定せず、固定化されない。よって、着氷検知用レーザ光５２を一定時間照射して風車翼１３表面を検知装置５３で検知して、その検知信号が固定化されているとき、氷２２が着氷されたと判断することができる。
【００６５】
図１５は、本発明の実施例３に係る着氷防止装置の他の構成を簡略に示す部分断面図である。図１５に示すように、本実施例に係る着氷防止装置２１Ｃは、風車翼１３の外周に風車翼１３を加熱するための複数のヒータ２４を更に設けるようにしてもよい。風車翼１３の表面に複数のヒータ２４を更に設けることで、風車翼１３の加熱効果を向上させることができるため、風車翼１３に付着した氷２２を更に効率良く除去することができる。
【００６６】
図１６は、本発明の実施例３に係る着氷防止装置の他の構成を簡略に示す図である。図１６に示すように、本実施例に係る着氷防止装置２１Ｃは、風車翼１３の外周に付着した氷２２（図５参照）を検知する複数の光ファイバ２３を風車翼１３の外周に更に設けるようにしてもよい。検知装置５３の他に、風車翼１３の表面に光ファイバ２３を設けることで、風車翼１３に付着した氷２２の位置の特定の制御を向上させることができる。
【００６７】
図１７は、本発明の実施例３に係る着氷防止装置の他の構成を簡略に示す図である。図１７に示すように、本実施例に係る着氷防止装置２１Ｃは、風車翼１３の先端部５１に湿度計（湿度測定手段）５６を設けるようにしてもよい。風車翼１３の表面に湿度計５６を設けることで、外気を考慮しつつ、レーザ照射用光ファイバ３２より風車翼１３の内壁側に向けて照射されるレーザ光３１の出力を調整することができるため、風車翼１３に付着した氷２２を更に効率良く除去することができる。また、湿度計５６が湿度９５％以上、温度が４℃以上の指示があれば、雨が降っている可能性が高いため、着氷されていないと推定することもでき、効率的な着氷の検知が可能となる。また、湿度測定手段としては、湿度計５６に限定されるものではない。
【００６８】
このように、本実施例に係る着氷防止装置２１Ｃによれば、風車翼１３の先端部５１に設けた検知装置５３により風車翼１３の表面に付着した氷２２の位置を容易に特定することができ、風車翼１３の内部に設けたレーザ照射用光ファイバ３２よりレーザ光３１を風車翼１３の内壁側に向けて照射することができる。このため、氷２２の付着している位置を特定するための装置と、その氷２２を溶解させるための装置の設備コストを抑えつつ、風車翼１３に付着した氷２２を効率良く除去することができる。また、任意のレーザ照射用光ファイバ３２に照射させたレーザ光３１ｃをレーザ照射用光ファイバ３２を介して複数の風車翼１３の内部の任意の箇所に同時に照射することができる。
【実施例４】
【００６９】
本発明による実施例４に係る着氷防止装置について、図面を参照して説明する。なお、実施例１〜３に係る着氷防止装置の構成と重複する部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
本実施例においても、回転体として風力発電装置を用いて説明する。
また、風力発電装置の全体の構成は同様であるため風車翼の構成の一部のみを用いて説明する。
図１８、１９は、本発明の実施例４に係る着氷防止装置の風車翼の先端の断面を模式的に示す図であり、図１８は、風車翼の表面の氷を検知している状態を示し、図１９は、風車翼の表面の氷を除去している状態を示す。なお、図１８、１９中では、風車翼１３の表面に氷が付着している状態を示す。
図１８に示すように、本実施例に係る着氷防止装置２１Ｄは、風力発電装置１０の風車翼１３の先端部５１に設けられ、風車翼１３上の氷２２を検知するための着氷検知用レーザ光６１ａを照射すると共に、氷２２を加熱するための着氷抑制用レーザ光６１ｂ（図１９参照）を照射する検知・レーザ照射装置（検知・レーザ照射手段）６２と、風車翼１３の内部を導光し、検知・レーザ照射装置６２と連結する検知・照射用光ファイバ（検知・照射用導光体）６３とを有するものである。
また、検知・照射用光ファイバ６３に着氷検知用レーザ光６１ａ、着氷抑制用レーザ光６１ｂを照射する光照射装置の設置場所についても、レーザ照射用光ファイバ３２にレーザ光３１を照射する照射装置３５（図８参照）と同様に、ナセル１２内に設けられている。前記光照射装置の設置場所は、光照射装置３５と同様、特に限定されるものではなく、タワー１１、ナセル１２などの内部、またはこれらの外部に設けてもよい。
【００７０】
検知・レーザ照射装置６２は、レーザ照射部６４より風車翼１３上の氷２２を検知する際には、着氷検知用レーザ光６１ａを照射し、風車翼１３に付着した氷２２を溶解する際には、着氷抑制用レーザ光６１ｂを照射する。検知・レーザ照射装置６２は、水平方向に回動可能（図１３参照）であって、レーザ照射部６４より着氷検知用レーザ光６１ａ、着氷抑制用レーザ光６１ｂを風車翼１３の表面全体に照射できるようにしている。
【００７１】
検知・レーザ照射装置６２は、レーザ照射部６４より着氷検知用レーザ光６１ａを風車翼１３の表面に照射したとき、風車翼１３の表面の氷２２で反射した着氷検知用レーザ光６１ａの反射光は検知・レーザ照射装置６２で検知され、検知・照射用光ファイバ６３により前記光測定装置の前記検知器に導光され、前記光測定装置は、風車翼１３に付着した氷２２の位置を特定する。前記光測定装置が風車翼１３の表面に氷２２が付着していると判断した時は、レーザ照射部６４より着氷抑制用レーザ光６１ｂを照射することで、風車翼１３を加熱し、風車翼１３に付着した氷２２を溶解することができる。
【００７２】
よって、前記光照射装置から照射された着氷検知用レーザ光６１ａ又は着氷抑制用レーザ光６１ｂを検知・照射用光ファイバ６３を介して複数の風車翼１３の外部の任意の箇所に各々同時に照射することができる。
【００７３】
また、使用する着氷検知用レーザ光６１ａの波長は検知・レーザ照射装置６２の検出波長の感度に依存する。そのため、例えば、検知・レーザ照射装置６２が８００ｎｍの波長の光の検出感度が最大である場合、照射する着氷検知用レーザ光６１ａの波長も８００ｎｍ程度が好適である。
【００７４】
また、着氷抑制用レーザ光６１ｂには、例えば炭酸ガスレーザ（ＣＯ2レーザ）、ファイバレーザなどが用いられる。着氷抑制用レーザ光６１ｂは水の光エネルギーの吸収が良いため、風車翼１３に付着した氷２２の除去効率を向上させることができる。
【００７５】
よって、本実施例に係る着氷防止装置２１Ｄによれば、風車翼１３の先端部５１に設けた検知・レーザ照射装置６２より着氷検知用レーザ光６１ａを照射すると共に、水の光エネルギーの吸収が良い着氷抑制用レーザ光６１ｂを照射することで、風車翼１３の表面に付着した氷２２を容易に特定することができる共に、風車翼１３に付着した氷２２を効率良く除去することができる。また、風車翼１３上の氷２２の検知と、風車翼１３に付着した氷２２の除去を一つのレーザ照射装置で行なうことができるため、装置の簡素化を図ることができる。また、氷２２の付着している位置を特定するための装置と、その氷２２を溶解させるための装置の設備コストを抑えつつ、装置の簡素化を図ることができる。また、一つの前記光照射装置から照射された着氷検知用レーザ光６１ａ、着氷抑制用レーザ光６１ｂを検知・照射用光ファイバ６３を介して複数の風車翼１３の外部の任意の箇所に各々同時に効率良く照射することができる。
【００７６】
また、本実施例に係る着氷防止装置２１Ｄにおいては、検知・レーザ照射装置６２より着氷検知用レーザ光６１ａと着氷抑制用レーザ光６１ｂとを各々と同じレーザ照射部６４より照射するようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、検知・レーザ照射装置６２は検知用レーザ光５１ａと着氷抑制用レーザ光６１ｂとを別々に照射するようにしてもよい。
【００７７】
図２０は、本発明の実施例４に係る着氷防止装置の他の構成を模式的に示す部分断面図である。図２０に示すように、本実施例に係る着氷防止装置２１Ｄは、風車翼１３の外周に風車翼１３を加熱するための複数のヒータ２４を更に設けるようにしてもよい。風車翼１３の表面に複数のヒータ２４を更に設けることで、風車翼１３に付着した氷２２を更に効率良く除去することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
以上のように、本発明に係る着氷防止装置は、自然環境下で使用される回転機器の翼の着氷を検知し、翼に付着した氷を除去することができ、回転機器の翼の着氷を抑制する着氷防止装置に用いるのに適している。
【符号の説明】
【００７９】
１０  風力発電装置
１１  タワー（支柱）
１２  ナセル
１３  風車翼
１４  ロータヘッド
１５  主軸
１６  増速機
１７  発電機
１８  基台
１９  電気設備
２１Ａ〜２１Ｄ  着氷防止装置
２２  氷
２３、３６  光ファイバ
２４  ヒータ（加熱手段）
２５  主桁
２６  歪み部
３１、３１ａ〜３１ｃ  レーザ光
３２、３２ａ、３２ｂ  レーザ照射用光ファイバ（レーザ照射用導光体）
３３  照射部
３５  光照射装置
３７  光束調整手段
３７ａ  凸レンズ
３７ｂ  凹レンズ
３８  可動部材
３９  回転軸
４１、５１  先端部
４２  検出部
４３  断熱材
５２、６１ａ  着氷検知用レーザ光
５３  検知装置（検知手段）
５４  検知用光ファイバ（検知用導光体）
５５、６４  レーザ照射部
５６  湿度計（湿度測定手段）
６１ｂ  着氷抑制用レーザ光
６２  検知・レーザ照射装置（検知・レーザ照射手段）
６３  検知・照射用光ファイバ（検知・照射用導光体）
【図１】
2011122533.tif 000003
【図２】
2011122533.tif 000004
【図３】
2011122533.tif 000005
【図４】
2011122533.tif 000006
【図５】
2011122533.tif 000007
【図６】
2011122533.tif 000008
【図７】
2011122533.tif 000009
【図８】
2011122533.tif 000010
【図９】
2011122533.tif 000011
【図１０】
2011122533.tif 000012
【図１１】
2011122533.tif 000013
【図１２】
2011122533.tif 000014
【図１３】
2011122533.tif 000015
【図１４】
2011122533.tif 000016
【図１５】
2011122533.tif 000017
【図１６】
2011122533.tif 000018
【図１７】
2011122533.tif 000019
【図１８】
2011122533.tif 000020
【図１９】
2011122533.tif 000021
【図２０】
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