(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の層が積層されて形成される繊維強化プラスチック発熱体であって、
炭素繊維強化プラスチック層からなる第１層と、
炭素繊維強化プラスチック層および導電性金属層のいずれか一方からなる第２層と、
前記第１層と前記第２層との間に配置される絶縁層と、
前記第１層および前記第２層を電気的に接続する接続部と、
前記第１層および前記第２層に電気的に接続され、前記第１層、前記接続部および前記第２層からなる電気的経路に電流を流す電源とを備えることを特徴とする繊維強化プラスチック発熱体。
【請求項２】
前記絶縁層が、ガラス繊維強化プラスチックであることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化プラスチック発熱体。
【請求項３】
前記接続部が、前記第１層および前記第２層の一方の端部を屈曲させて他方に接触させた構成を有することを特徴とする請求項１に記載の繊維強化プラスチック発熱体。
【請求項４】
前記接続部が、前記第１層および前記第２層にそれぞれ接触するようにこれらの層の間に挿入された金属製部材であることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化プラスチック発熱体。
【請求項５】
前記金属製部材と、前記第１層および前記第２層との接合界面をそれぞれテーパ状に形成したことを特徴とする請求項４に記載の繊維強化プラスチック発熱体。
【請求項６】
前記接続部に接触する前記第１層および前記第２層の端部を、それぞれ、外縁側の肉厚が薄くなるようなテーパ状に形成したことを特徴とする請求項４に記載の繊維強化プラスチック発熱体。
【請求項７】
前記第１層、前記第２層および前記絶縁層を、それぞれ、外縁側の肉厚が薄くなるようなテーパ状に形成するとともに、前記接続部を、前記テーパ状の前記第１層および前記第２層の端部を被覆するように配置したことを特徴とする請求項４に記載の繊維強化プラスチック発熱体。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の繊維強化プラスチック発熱体によって少なくとも一部が形成されるブレードを有することを特徴とする風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強化繊維を含む樹脂系複合材に発熱源を組み込んだ繊維強化プラスチック発熱体に関し、特に、ブレードへの着氷防止および脱氷の機能を有する繊維強化プラスチック発熱体を備えた風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置のブレードや航空機の主翼等の自然環境下で使用される構造体は外気に晒されるので、寒冷の場合、降雪や降氷雨時などに着氷することがある。さらに着氷した氷が成長すると、構造体の重量が増加したり、あるいは風力発電装置のブレードや航空機の主翼においては空気抵抗の増加や揚力減少等を招くことから、運転が適性に実施されないことが懸念される。
【０００３】
こういった着氷が問題となる装置の一つとして、風力発電装置が挙げられる。風力発電装置は、タワーの上部にナセルが支持され、複数のブレードが取り付けられたハブがナセルに回転自在に支持された構成を有する。そして、風力発電装置では、風の運動エネルギーをブレードの回転エネルギーに変換し、さらにこの回転エネルギーを発電機にて電力に変換するようになっている。近年、風力発電装置は、発電効率の向上を目的として大型化が進められている。これに伴ってブレードも長大化しつつあり、その表面積も大きくなることから着氷の影響も大きくなる。したがって、ブレードを始めとした構造体において着氷防止および脱氷可能な構成が求められている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、回転機器のブレードを加熱する複数の加熱手段を有する着氷防止装置が記載されている。加熱手段としてはヒータが用いられ、光ファイバで着氷物の位置を特定し、ヒータで氷を加熱することにより脱氷あるいは着氷を抑制している。
【０００５】
また、特許文献２には、航空機の前縁部等の構造体の外表面において、よどみ点となる特定部分を含む外表面範囲に亘ってナノ構造のピンが多数配列されるとともに、外表面にエネルギ付与手段によってエネルギを付与する防除氷装置が記載されている。エネルギ付与手段としては、ヒータやパルス発生器が記載されている。ナノ構造のピンによって、過冷却水が付着せずに後方に流れていくので、よどみ点以外の部分は着氷を防止でき、さらにその他の部分はエネルギ付与手段によって脱氷することができる。
【０００６】
さらに、特許文献３には、複合材からなる複合材部と、導電体からなる導電体部とを備えた複合材製構造体が記載されている。導電体部は、航空機における防除氷の機能を得るための部分であるとともに、製造時には成形および組立の少なくとも一方のために発熱体として機能する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−１２２５３３号公報
【特許文献２】特開２００９−２９８１９８号公報
【特許文献３】特開２００９−１０７５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記したように、従来から着氷防止および脱氷を目的として、構造体に加熱源を設ける構成は種々提案されている。しかしながら、特許文献１および特許文献２のように、加熱源として構造体にヒータを設置すると、構造体の重量が増加してしまうという問題があった。また、ヒータとして用いられる金属線は、ヒータ機能のみを考慮して設置されているので、構造体の強度を担う部材として機能することは殆どなく、着氷防止および脱氷が不要な場面では単なる重量部材として存在するのみとなる。
一方、特許文献３のように、構造体に設けた導電体部に通電することで発熱させることはできるが、この導電体部は主に複合材の成形または組立時に用いられるものであり、着氷防止および脱氷に必要な部位以外にも設けられると考えられる。その場合、不要な電力を消費することとなり、電力コストが嵩んでしまう。さらに、この特許文献３においても、導電体部として金属メッシュが記載されているが、これのみでは構造体の強度を担う部材として機能することは殆ど考えられない。
【０００９】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、軽量な構造で着氷防止および脱氷の機能を有するとともに、構造体の強度を担うことができる繊維強化プラスチック発熱体および該発熱体を備えた風力発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る繊維強化プラスチック発熱体は、複数の層が積層されて形成される繊維強化プラスチック発熱体であって、炭素繊維強化プラスチック層からなる第１層と、炭素繊維強化プラスチック層および導電性金属層のいずれか一方からなる第２層と、前記第１層と前記第２層との間に配置される絶縁層と、前記第１層および前記第２層を電気的に接続する接続部と、前記第１層および前記第２層に電気的に接続され、前記第１層、前記接続部および前記第２層からなる電気的経路に電流を流す電源とを備えることを特徴とする。
【００１１】
炭素繊維強化プラスチックは、電気を通すことで発熱することが知られている。また、炭素繊維強化プラスチックは、軽量で且つ強度が高いことも知られている。そこで、炭素繊維強化プラスチック層を積層体の一部の層として用いることで、高比強度を有する構造部材でありながら、発熱機能、すなわち着氷防止または脱氷の機能を付与することが可能となる。具体的には、上記繊維強化プラスチック発熱体によれば、炭素繊維強化プラスチック層からなる第１層と、維強化プラスチック層および導電性金属層のいずれか一方からなる第２層と、これらの間に配置される絶縁層とを積層配置し、第１層および第２層を接続部によって電気的に接続する。これにより、第１層、接続部および第２層により電気的経路が形成される。この電気的経路に電流を流すことによって、炭素繊維強化プラスチックで形成された層から発熱し、着氷防止または脱氷の機能を発揮できる。ここで、第２層として導電性金属層を用いる場合、金属層は主に電流を伝える導電材として働くが、その抵抗値によっては発熱体としても利用可能である。
【００１２】
上記繊維強化プラスチック発熱体において、前記絶縁層が、ガラス繊維強化プラスチックであってもよい。
このように、絶縁層をガラス繊維強化プラスチックで形成することによって、第１層および第２層間の絶縁性を確保しながら、構造体としての強度をより一層向上させることができる。
【００１３】
上記繊維強化プラスチック発熱体において、前記接続部が、前記第１層および前記第２層の一方の端部を屈曲させて他方に接触させた構成を有してもよい。
これにより、他の接続用部材を用いることなく第１層と第２層を接続できるので、接続部の構造を簡素化できる。
【００１４】
上記繊維強化プラスチック発熱体において、前記接続部が、前記第１層および前記第２層にそれぞれ接触するようにこれらの層の間に挿入された金属製部材であってもよい。
このように、金属製部材によって第１層と第２層を接続することにより、導電率を向上させることができ、電源から供給される電流によって炭素繊維強化プラスチックで効果的に発熱させることができる。
【００１５】
この場合、前記金属製部材と、前記第１層および前記第２層との接合界面をそれぞれテーパ状に形成してもよい。
このように、金属製材料と第１層および第２層との接合界面をそれぞれテーパ状に形成することによって、接合界面における接合強度を高くすることができる。
【００１６】
あるいは、前記接続部に接触する前記第１層および前記第２層の端部を、それぞれ、外縁側の肉厚が薄くなるようなテーパ状に形成してもよい。
このように、第１層および第２層の端部をテーパ状に形成することによって、金属製材料と第１層および第２層との接合界面における接合強度を高くすることができる。すなわち、接合界面をテーパ形状に形成することで、異種材料間の接合部において接合界面の接着面積が増加し、弾性率の変化も連続的となって局所的なピーク応力が低減するので、結果として接合強度を高くすることができる。
【００１７】
あるいは、前記第１層、前記第２層および前記絶縁層を、それぞれ、外縁側の肉厚が薄くなるようなテーパ状に形成するとともに、前記接続部を、前記テーパ状の前記第１層および前記第２層の端部を被覆するように配置してもよい。
このように、第１層、第２層および絶縁層を、それぞれテーパ状に形成することによって、上記と同様に、金属製材料と第１層および第２層との接合界面における接合強度を高くすることができる。さらに、この構成によれば、耐久性を向上させることができるとともに、接合部を簡素化された構造とすることができる。
【００１８】
本発明に係る風力発電装置は、上記繊維強化プラスチック発熱体によって少なくとも一部が形成されるブレードを有することを特徴とする。
上記風力発電装置によれば、高比強度を有しながら、発熱機能、すなわち着氷防止または脱氷の機能を有するブレードを備える風力発電装置とすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、炭素繊維強化プラスチック層を積層体の一部の層として用いるとともに、絶縁層の両面に設けられて接続部で電気的に接続される２つの導電層（少なくとも一方は炭素繊維強化プラスチック層）の間に電流を流すことによって、高比強度を有する構造部材でありながら、発熱機能、すなわち着氷防止または脱氷の機能を付与することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る繊維強化プラスチック発熱体を示す斜視図である。
【図２】ＣＦＲＰ層同士の接続部の他の構成例を示す断面図である。
【図３】ＣＦＲＰ層と外部回路との接続部の構成例を示す断面図である。
【図４】風力発電装置の構成例を示す図である。
【図５】ブレードの構成例を示す図であり、（Ａ）は平面図で、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る繊維強化プラスチック発熱体をブレードに適用した例を示す断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る繊維強化プラスチック発熱体を示す斜視図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る繊維強化プラスチック発熱体をブレードに適用した例を示す断面図である。
【図９】本発明の実施形態に係る繊維強化プラスチック発熱体の変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２２】
［第１実施形態］
図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る繊維強化プラスチック発熱体について説明する。なお、図１は、本発明の第１実施形態に係る繊維強化プラスチック発熱体を示す斜視図である。
図１に示すように、繊維強化プラスチック発熱体１は、主に、第１層である炭素繊維強化プラスチック層２と、第２層である炭素繊維強化プラスチック層３と、絶縁層４と、接続部５と、直流電源１５とを備える。
【００２３】
炭素繊維強化プラスチック層（以下、ＣＦＲＰ層と称する）２，３はいずれも、シート状の炭素繊維強化プラスチック（以下、ＣＦＲＰと称する）が複数積層された構造であってもよい。これらのＣＦＲＰ層２，３は、平板形状を有しているが、適用する構造体（例えば風力発電装置のブレードや航空機の主翼）の形状に応じて曲率を有していてもよい。
【００２４】
絶縁層４は、ＣＦＲＰ層２，３の間に配置される。すなわち、ＣＦＲＰ２、絶縁層４、ＣＦＲＰ層３の順に積層配置される。したがって、絶縁層４の両面にＣＦＲＰ層２，３が位置することとなる。また、絶縁層４は、ガラス繊維強化プラスチック層（以下、ＧＦＲＰ層と称する）であることが好ましい。このように、絶縁層４をガラス繊維強化プラスチック層で形成することによって、ＣＦＲＰ層２，３間の絶縁性を確保しながら、構造体としての強度をより一層向上させることができる。なお、絶縁層４としてＧＦＲＰ層を用いる場合、ＧＦＲＰ層は、シート状のガラス繊維強化プラスチックが複数積層された構造であってもよい。
【００２５】
接続部５は、ＣＦＲＰ層２，３を電気的に接続する。この接続部５は、ＣＦＲＰ層２，３の一側の端部に設けられることが好ましい。なお、図１では一例として、一方のＣＦＲＰ層２の端部を屈曲させて他方のＣＦＲＰ層３に接触させ、これらを接触部位で接合することによって電気的な接続を確保している。これにより、ＣＦＲＰ層２、接続部５、ＣＦＲＰ層３からなる電気的経路が形成される。接続部５の他の構成例は後述する。
なお、ＣＦＲＰ層２，３が、シート状の炭素繊維強化プラスチックを複数積層した構造である場合、その積層方向と、ＣＦＲＰ層２−絶縁層４−ＣＦＲＰ層３の積層方向とは、同一の方向であっても異なる方向であってもよい。同様に、絶縁層４としてＧＦＲＰ層が用いられ且つＧＦＲＰ層がシート状のガラス繊維強化プラスチックを複数積層した構造である場合、その積層方向と、ＣＦＲＰ層２−ＧＦＲＰ層４−ＣＦＲＰ層３の積層方向とは、同一の方向であっても異なる方向であってもよい。また、ＣＦＲＰ層２，３に含まれる強化繊維の配列方向についても特に限定されないが、長尺の繊維強化プラスチック発熱体１の場合、発熱体の強度および製造し易さの観点から、長手方向に沿って強化繊維が配置されることが好ましい。
【００２６】
ここで、繊維強化プラスチック発熱体１の製造方法の例を以下に述べる。
一つの方法として、シート状のＣＦＲＰおよびシート状のガラス繊維強化プラスチック（以下、ＧＦＲＰと称する）をそれぞれ積層配置して樹脂を含浸させ、固化させる真空含浸法によって一体に成型してもよい。この成型方法は、まず、シート状のＣＦＲＰとシート状のＧＦＲＰとを成形型上に積層配置し、これらをバッグフィルムで覆って密閉する。このとき、バッグフィルムとＣＦＲＰおよびＧＦＲＰとの間に離型フィルムと樹脂の拡散媒体として用いるメッシュシートとを介装しておく。そして、バッグフィルムの内側を真空吸引し、バッグフィルムの内部に液状樹脂を注入して硬化させる。樹脂が硬化した後、離型フィルムを剥離してバッグフィルムとメッシュシートとを除去することによって、ＣＦＲＰ層およびＧＦＲＰ層からなる繊維強化プラスチック発熱体１が製造できる。
【００２７】
なお、図１に示すように、ＣＦＲＰ２の端部を屈曲させて接続部５を形成する場合、ＣＦＲＰ２の端部を屈曲させた状態で真空吸引して樹脂を硬化させてもよい。また、後述するように、接続部を金属製部材によって形成する場合、真空吸引時の外圧で、ＣＦＲＰと金属製部材を互いに押しつけながら成型することでこれらを連結することができる。
また、別の方法として、シート状のＣＦＲＰおよびシート状のＧＦＲＰの間に接着剤を介装しながらそれぞれ積層配置し、接着剤を固化させることによって繊維強化プラスチック発熱体１を製造することができる。
ただし、繊維強化プラスチック発熱体１の製造方法は上記に限定されるものではない。
【００２８】
直流電源１５は、一側の端子１６がＣＦＲＰ層２に接続され、他側の端子１７がＣＦＲＰ層３に接続される。そして、これらの間に電圧を印加することによってＣＦＲＰ層２、接続部５、ＣＦＲＰ層３からなる電気的経路に直流電流を流す。なお、直流電源の端子１６，１７は、接続部５とは反対側のＣＦＲＰ層２の端部に設けられることが好ましい。
【００２９】
上記構成を備える繊維強化プラスチック発熱体１によれば、寒冷時に、直流電源１５によってＣＦＲＰ層２，３に電流を流すことで、ＣＦＲＰ２，３が発熱する。これにより、構造体が加熱され、構造体表面への着氷防止および脱氷が可能となる。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態によれば、ＣＦＲＰ層２，３を積層体の一部の層として用いるとともに、絶縁層４の両面に設けられて接続部５で電気的に接続される２つの導電層（少なくとも一方はＣＦＲＰ層２，３）の間に電流を流すことによって、高比強度を有する構造部材でありながら、発熱機能、すなわち着氷防止または脱氷の機能を付与することが可能となる。
【００３１】
なお、上述の第１実施形態では、接続部５が、一方のＣＦＲＰ層２の一端部から形成される例について説明したが、他の接続部の構成を採用してもよい。図２は、ＣＦＲＰ層同士の接続部の他の構成例を示す断面図である。図２（Ａ）〜（Ｅ）に示す接続部の構造は、ＣＦＲＰ層２，３にそれぞれ接触するようにこれらの層の間に挿入された金属製部材６からなる。ここで、金属製部材６は、導電性金属からなる接続用部材であり、導電性金属としては、例えば、銅、鉄、アルミニウム、またはこれらの合金等が用いられる。
【００３２】
具体的に、図２（Ａ）では、接続部５を構成する金属製部材６は、ＣＦＲＰ層２，３および絶縁層４の積層方向に設けられた平板部６ａと、平板部６ａから略垂直に延出した延出部６ｂとを含み、断面Ｔ字状に形成されている。一方のＣＦＲＰ層２は、図１と同様に一端部が屈曲されており、その屈曲部と他方のＣＦＲＰ層３の端部とが平板部６ａに接触している。また、一方のＣＦＲＰ層２の屈曲部の端部と、他方のＣＦＲＰ層３の端部とが、延出部６ｂに接触している。これにより、ＣＦＲＰ層２，３が電気的に接続される。このように、金属製部材６によってＣＦＲＰ層２，３を接続することにより、導電率を向上させることができ、電源１５から供給される電流によってＣＦＲＰ層２，３で効果的に発熱させることができる。
【００３３】
図２（Ｂ）では、接続部５を構成する金属製部材７は、ＣＦＲＰ層２，３および絶縁層４の積層方向に設けられた平板部７ａからなる。平板部７ａは、ＣＦＲＰ層２，３および絶縁層４の積層方向に配置される。そして、一方のＣＦＲＰ層２の端部と、他方のＣＦＲＰ層３の端部とが平板部７ａにそれぞれ接触している。これにより、ＣＦＲＰ層２，３が電気的に接続される。このように、平板部７ａからなる金属製部材７によってＣＦＲＰ層２，３を接続することにより、金属製部材７の形状を簡素化することができる。
【００３４】
図２（Ｃ）では、接続部５を構成する金属製部材８は、ＣＦＲＰ層２，３との接合界面がそれぞれテーパ状に形成されている。すなわち、金属製部材８は、その端面８ａから、ＣＦＲＰ層２，３および絶縁層４の延設方向に離れるほどその肉厚が小さくなるテーパ形状を有する。この金属製部材８のテーパ面８ｂ，８ｂに対応して、金属製部材８に接触するＣＦＲＰ層２，３の端部も、それぞれ、外縁側の肉厚が薄くなるようなテーパ状に形成されている。このように、金属製材料８とＣＦＲＰ層２，３との接合界面をそれぞれテーパ状に形成することによって、接合界面における接合強度を高くすることができる。すなわち、接合界面をテーパ形状に形成することで、異種材料間の接合部において接合界面の接着面積が増加し、弾性率の変化も連続的となって局所的なピーク応力が低減するので、結果として接合強度を高くすることができるものである。
【００３５】
図２（Ｄ）では、接合部５を構成する金属製部材９は、断面が凹形状に形成され、凹部９ａに絶縁層４の端部が挿入されている。そして、凹部９ａの外面９ｂ，９ｂに、ＣＦＲＰ層２，３が接触している。さらに、外面９ｂ，９ｂに接触するＣＦＲＰ層２，３の端部を、それぞれ、外縁側の肉厚が薄くなるようなテーパ状に形成している。このように、ＣＦＲＰ層２，３の端部をテーパ状に形成することによって、簡素化された構造で以って、金属製材料９とＣＦＲＰ層２，３との接合界面における接合強度を高くすることができる。
【００３６】
図２（Ｅ）では、ＣＦＲＰ層２，３および絶縁層４を、それぞれ、外縁側の肉厚が薄くなるようなテーパ状に形成している。さらに、接続部を構成する金属製部材１０を、テーパ状のＣＦＲＰ層２，３の端部をそれぞれ被覆するように配置している。このように、ＣＦＲＰ層２，３および絶縁層４を、それぞれテーパ状に形成することによって、金属製材料１０とＣＦＲＰ層２，３との接合界面における接合強度を高くするとともに、耐久性を向上させることができ、さらに、簡素化された構造とすることができる。
【００３７】
また、ＣＦＲＰ層２，３と、直流電源１５の端子１６，１７との間の接続部は、以下の構成を採用してもよい。図３は、ＣＦＲＰ層と外部回路との接続部の構成例を示す断面図である。つまり、図１で示すＡ部分の拡大図である。ここで、外部回路とは、直流電源１５、端子１６，１７を含む回路をいう。
図３（Ａ）〜（Ｃ）に示す接続部は、ＣＦＲＰ層２，３の端部にそれぞれ設けられた金属製部材によって、ＣＦＲＰ層２，３と外部回路とが接続されるようになっている。このように、金属製部材を介して接続することで、導電率を向上させることができる。
【００３８】
図３（Ａ）では、一方のＣＦＲＰ層２に接触する金属製部材２１と、他方のＣＦＲＰ層２に接触する金属製部材２２とがそれぞれ電気的に独立して設けられている。各金属製部材２１，２２は、接続側の端面２１ａ，２２ａから、ＣＦＲＰ層２，３および絶縁層４の延設方向に離れるほどその肉厚が小さくなるテーパ形状を有する。このテーパ面２１ｂ，２２ｂに対応して、ＣＦＲＰ層２，３の端部もテーパ形状となっている。このように、金属製材料２１，２２とＣＦＲＰ層２，３との接合界面をそれぞれテーパ状に形成することによって、接合界面における接合強度を高くすることができる。
【００３９】
図３（Ｂ）では、接合部を構成する金属製部材２３，２４は、それぞれ平板状に形成されており、これらの金属製部材２３，２４の一側の面は絶縁層４に接触し、他側の面はＣＦＲＰ層２，３に接触している。さらに、他側の面に接触するＣＦＲＰ層２，３の端部を、それぞれ、外縁側の肉厚が薄くなるようなテーパ状に形成している。このように、ＣＦＲＰ層２，３の端部をテーパ状に形成することによって、簡素化された構造で以って、金属製材料２３，２４とＣＦＲＰ層２，３との接合界面における接合強度を高くすることができる。
【００４０】
図３（Ｃ）では、接合部を構成する金属製部材２５，２６は、それぞれ積層方向における断面がテーパ状になるように形成され、且つ対向するテーパ角が略同一となっている。このテーパ状の金属製部材２５，２６に応じて、ＣＦＲＰ層２，３には凹部が形成され、この凹部内に金属製部材２５，２６の先端が挿入されている。絶縁層４は、金属製部材２５，２６の基部（接触側部位）に接触している。これにより、金属製材料２５，２６とＣＦＲＰ層２，３との接合界面における接合強度を高くするとともに、耐久性を向上させることができる。
【００４１】
なお、本実施形態に係る繊維強化プラスチック発熱体１０は、風力発電装置のブレード、航空機の主翼等のように、外気に晒される各種の構造体に適用できる。
ここで、一例として、風力発電装置への適用例を説明する。
図４は、風力発電装置３０の構成例である。図４に示すように、風力発電装置３０は、１本以上（この例では３本）のブレード３５と、ブレード３５が取り付けられるハブ３６と、ブレード３５及びハブ３６を含むロータ３４を支持するナセル３３と、ナセル３３を旋回自在に支持するタワー３２とを備える。なお、ロータ３４の回転は、メインシャフト３８から増速機３８を介して発電機３９に入力されて、該発電機３９において電力が生成されるようになっている。
タワー３２は、基礎上に立設される。基礎は、陸上風力発電装置の場合は地上に、洋上風力発電装置の場合は洋上に設けられている。なお、本実施形態に係る風力発電装置３０は、陸上風力発電装置及び洋上風力発電装置のいずれにも適用可能である。
【００４２】
図５（Ａ）に示す風車翼の平面図のように、ブレード３５は、ハブ３６に連結される翼根部３５Ａから翼先端部３５Ｂまで延在する長尺な形状を有している。
図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。同図に示すように、ブレード３５は、主に、外皮材４１と、スパーキャップ（主強度材）４２と、シアウェブ（桁材）４３とを有する。
スパーキャップ４２は、主に、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）で形成されている。
外皮材４１は、その他の部分とともにブレード３５の翼形を構成するものである。外皮材４１およびその他の部分は、例えば、ガラス繊維プラスチック層やコア材で形成されていてもよい。
シアウェブ４３は、外皮材４１の内部空間に、翼長方向に延在している。また、シアウェブ４３は、背側に設けられたスパーキャップ４２と、腹側に設けられたスパーキャップ４２とを結合し、これによりブレード３５の強度を高める。
【００４３】
このように、ブレード３５は、その大部分が繊維強化プラスチックで構成されることが多い。したがって、本実施形態に係る繊維強化プラスチック発熱体１０を、ブレード３５の少なくとも一部として用いることで、構造体として本来の強度を維持しながら、着氷防止および脱氷の機能を付与することができる。
特に、図６に示すように、繊維強化プラスチック発熱体１０は、ブレード３５の前縁に配置することが好ましい。風力発電装置１のブレード３５は、水分を含む風の大部分が主に前縁に衝突する。したがって、ブレード３５の前縁は着氷しやすい。そのため、ブレード３５の前縁に繊維強化プラスチック発熱体１０を配置することによって、着氷防止および脱氷の機能を効果的に発揮することができる。
【００４４】
［第２実施形態］
次に第２実施形態に係る風力発電装置について説明する。本実施形態の繊維強化プラスチック発熱体１’は、一方の炭素繊維強化プラスチックを金属メッシュに替えたことを除けば、既に説明した第１実施形態の繊維強化プラスチック発熱体１０と同様の構成である。したがって、ここでは、第１実施形態と共通する部材には同一の符号を付してその説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００４５】
図７は、本発明の第２実施形態に係る繊維強化プラスチック発熱体を示す斜視図である。同図に示すように、繊維強化プラスチック発熱体１’は、繊維強化プラスチック発熱体１は、主に、第１層であるＣＦＲＰ層２と、第２層である金属メッシュ５１と、絶縁層４と、接続部５と、直流電源１５とを備える。
【００４６】
金属メッシュ５１は、導電性金属から構成される。導電性金属としては、例えば、銅、鉄、アルミニウム、またはこれらの合金等が用いられる。なお、ここでは金属メッシュ５１を例に説明するが、導電性金属から構成される平板状体であればメッシュ状でなくてもよい。
繊維強化プラスチック発熱体１’は、絶縁層４の一方の面にＣＦＲＰ層２が配置され、他方の面に金属メッシュ５１が配置される。さらに、ＣＦＲＰ層２と金属メッシュ５１とは、接続部５によって電気的に接続されている。
このように、絶縁層４の一方の面に金属メッシュ５１を用いることによって、構造体への落雷時に、落雷電流が金属メッシュ５１を通って流れるので、ＣＦＲＰ層２の損傷を回避することができる。
【００４７】
図８は、本発明の第２実施形態に係る繊維強化プラスチック発熱体をブレードに適用した例を示す断面図である。
この繊維強化プラスチック発熱体１’を風力発電装置１（図４参照）のブレード３５に適用する場合、落雷時におけるＣＦＲＰ層２の保護の観点から、ＣＦＲＰ層２がブレード３５に面する側に位置し、金属メッシュ５１が外側に位置するように繊維強化プラスチック発熱体１’を配置することが好ましい。
【００４８】
ここで、第２実施形態に係る繊維強化プラスチック発熱体１’における具体的な実験例について示す。図８に示す繊維強化プラスチック発熱体１’の構成を試験体として採用し、長さ１０ｍ×幅５０ｃｍ×厚さ２ｍｍの板状のＣＦＲＰ層２（ＣＦＲＰ；密度１５２０kg/m2，比熱１０６５J/kgK，電気抵抗率９．７１×１０−６Ωm）を用い、直流電源１５から４０Ａの電流を３時間通電したとき、ＣＦＲＰ層の領域で、表面温度を５１．８℃上昇させることができた。この結果から、繊維強化プラスチック発熱体１’を通電状態として作動させる場合、風力発電装置１の運転停止時に３時間以上の通電を行うことによって、ブレード３５と接触している界面の氷を溶解させて、脱氷させることができる。
【００４９】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、上述の第１実施形態および第２実施形態を適宜組み合わせてもよいし、図９に示す通り面内方向に各層を配置する等の各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。  
ここで、図９を簡単に説明する。図９に示す繊維強化プラスチック発熱体１”は、第１実施形態および第２実施形態のように肉厚方向に各層（ＣＦＲＰ層２，絶縁層４，ＣＦＲＰ層３）を積層するのではなく、発熱体１”の面内方向に各層を配置している。すなわち、肉厚方向には単一の層のみが配置され、発熱体１”の幅方向に、ＣＦＲＰ層２，絶縁層４，ＣＦＲＰ層３が順に配置されている。そして、ＣＦＲＰ層２とＣＦＲＰ層３の端部が、接続部５で接続された構成となっている。これにより、上述の実施形態と同一の効果が得られる。
【符号の説明】
【００５０】
１，１’，１”  繊維強化プラスチック発熱体
２，３    炭素繊維強化プラスチック層（ＣＦＲＰ層）
４    絶縁層
５    接続部
６〜１０  金属製部材
６ａ  平板部
６ｂ  延出部
８ａ  端面
８ｂ  テーパ面
９ａ  凹部
９ｂ  外面
１５  直流電源
２１〜２６  金属製部材
２１ａ，２２ａ  端面
２１ｂ，２２ｂ  テーパ面
３０  風力発電装置
３２  タワー
３３  ナセル
３４  ロータ
３５  ブレード
３６  ハブ
３９  発電機
４１  外皮材
４２  スパーキャップ
４３  シアウェブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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