(57)【要約】【課題】風車部分、特に風車翼の付け根やハブ等の周速の小さい部位の着氷雪防止性に優れる発電効率の良好な風力発電装置を提供する。【解決手段】複数の風車翼と、前記風車翼を固定、支持する回転自在なハブと、前記風車翼およびハブの回転により駆動される発電機とを備えた風力発電装置において、  少なくとも、前記風車翼の前記ハブに固定される部分近傍およびハブの表面に着氷雪防止処理を施したことを特徴とする風力発電装置。【選択図】図２
2013160163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の風車翼と、前記風車翼を固定、支持する回転自在なハブと、前記風車翼およびハブの回転により駆動される発電機とを備えた風力発電装置において、
少なくとも、前記風車翼の前記ハブに固定される部分近傍およびハブの表面に着氷雪防止処理を施したことを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
前記着氷雪防止処理が、塗料組成物による着氷雪防止被膜の形成または着氷雪防止フィルムの貼付である請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項３】
前記塗料組成物が架橋性含フッ素重合体を含有する請求項２に記載の風力発電装置。
【請求項４】
前記着氷雪防止フィルムが含フッ素重合体からなる請求項２に記載の風力発電装置。
【請求項５】
前記着氷雪防止フィルムが、基材フィルムと、該基材フィルムの貼付面と反対側の面に架橋性含フッ素重合体を含有する塗料組成物により形成された着氷雪防止被膜とを有する請求項２に記載の風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置に関し、特に風車翼の付け根やハブ等の周速の小さい部位の着氷防止性に優れる発電効率の良好な風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電において、地球温暖化防止の観点から化石燃料を熱源としない方式への転換が求められている。化石燃料を熱源としない方式には原子力、地熱、波力、太陽光、太陽熱、風力等が挙げられる。この中でも風力発電は緯度による発電量の変化がなく、設置場所の制約が低いため、太陽光発電と比較すると数分の一の電力コストとなる点、受光面の汚れによる効率低下等がないため有望視されている。
【０００３】
風力発電は１年を通じて、風力の確保できる場所に設置されることが多く、多くは海岸線を挟んだ陸地や洋上に設置されることが多い。設置後、長期にわたって、発電を行う必要があり、かつ効率面から発電装置は大型化する傾向にある。例えば、２ＭＷ級の水平軸風車では、その高さは発電機等を内蔵する筐体（ナセル）で６０ｍ以上、風車翼端では１００ｍにも達する。結果、高所に発電機と風車が設置されるためメンテナンスコストを低減する目的で耐久性のよい材料が使用される。
【０００４】
風力発電装置は、風車翼とそれを支持するハブからなる風車、風車の回転エネルギーを電気エネルギーに変換するための発電機等を内蔵するナセル、およびこれらを支持するタワーからなる。一般的にタワーやナセルの外壁には耐久性を向上させるために塗装が施されている場合が多い。
【０００５】
一方、風車翼は金属、ＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）および鋼材、ならびに翼内材として木材が使用される場合が多く、ＦＲＰ、ＣＦＲＰに使用されるプラスチックの耐候性の向上策として、複層塗膜による保護が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、風車翼、特にリーディングエッジと呼ばれる風車翼端部に、複層コーティングを実施することで基材となるＦＲＰ、ＣＦＲＰを保護しており、通常の環境下であれば十分な耐久性を示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開２００９／１１１２２７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、風力発電装置を積雪のある地域に設置した場合、風車の部分に積雪によるアイシングが発生し、氷雪が堆積することが知られている。また、氷雪の堆積量は周速の遅い、風車翼の付け根付近やハブで顕著になる。堆積した氷雪はある一定量に達すると、回転による遠心力が氷雪の付着力に勝り、堆積した氷雪が回転力により吹き飛ばされ周囲の家屋や車を破壊する場合がある。そのため、堆積する氷雪の慣性力が小さい（堆積量が少ない）うちに風車より除去する必要があるが、特許文献１に記載の複層コーティングでは、このような現象に対する氷雪除去の効果はほとんどない。風車の回転を停止して氷雪除去を行う方法も考えられるが、発電効率を考慮すると氷雪除去のために風車を停止させることは非効率であり、また高所での作業となるため危険である。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、風車部分、特に風車翼の付け根やハブ等の周速の小さい部位の着氷雪防止性に優れる発電効率の良好な風力発電装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の風力発電装置は、複数の風車翼と、前記風車翼を固定、支持する回転自在なハブと、前記風車翼およびハブの回転により駆動される発電機とを備えた風力発電装置において、少なくとも、前記風車翼の前記ハブに固定される部分近傍およびハブの表面に着氷雪防止処理を施したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、風車部分、特に風車翼の付け根やハブ等の周速の小さい部位の着氷雪防止性に優れる発電効率の良好な風力発電装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の風力発電装置の一実施形態の平面図である。
【図２】図１に示す風力発電装置の着氷雪防止処理部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。
本発明の風力発電装置は、複数の風車翼と、前記風車翼を固定、支持する回転自在なハブと、前記風車翼およびハブの回転により駆動される発電機とを備えた風力発電装置において、少なくとも、前記風車翼の前記ハブに固定される部分近傍およびハブの表面に着氷雪防止処理を施したことを特徴とする。
【００１３】
本発明の風力発電装置は、風車翼が風を受けて回転することで、風力を回転エネルギーに変換する風車と、風車の回転で得られる回転エネルギーを電気エネルギーに変換するための発電機を備えた風力発電装置であれば、特に制限されない。具体的には、回転軸が地面に対して垂直な垂直軸型、同様に水平な水平軸型等の風力発電装置が挙げられる。
【００１４】
本発明は水平軸型の風力発電装置においてその効果を特に顕著に示すことができる。
垂直軸型の風力発電装置は、いずれも発電規模の小さい小型タイプの発電機で、発電を行う回転部の回転数が大きく、氷雪の堆積量が小さい。一方、水平軸型の風力発電装置は大発電量のものが多く、大型の風車で得られた回転力は、通常、増速機を介して発電機に伝達される。水平軸型風力発電装置における大型の風車では、風車翼端部の周速は大きいが風車自体の回転数は小さい。回転数が小さいことから、風車翼の回転軸に近い部位や風車翼が取り付けられるハブにおける周速は小さく、大きな遠心力が発生しない。そのため、降雪時、風車翼が取り付けられるハブや風車翼のハブへの取り付け部付近に雪が堆積し易い。そこで、本発明により、風車翼のハブに固定される部分近傍およびハブの表面に着氷雪防止処理を施された風力発電装置とすれば、着氷雪防止性に優れる発電効率の良好な風力発電装置となる。
【００１５】
以下、本発明の風力発電装置を、水平軸型の風力発電装置において着氷雪防止処理を施した実施形態を例として図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。
図１は、本発明の風力発電装置の一実施形態の平面図である。図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は側面図である。図２は、図１に示す風力発電装置の着氷雪防止処理部の拡大図である。図２（ａ）は、正面拡大図である。図２（ｂ）は側面拡大図であるが、併せて、ナセルの内部構造を概略的に示す図である。
【００１６】
風力発電装置１０は、基礎上に立設されたタワー１と、タワー１の上端にナセル２を備え、さらに地面に略水平な回転軸線Ｘ周りに回転自在となるように、ナセル２に連結されたハブ３を有する。ハブ３には回転軸線Ｘ周りに放射状に３枚の風車翼４が取り付けられて固定されている。これにより、回転軸線Ｘ方向から風車翼４に当たった風の力が、ハブ４を回転軸線Ｘ周りに回転させる動力に変換されるようになっている。
【００１７】
図２（ｂ）に示す通りナセル２の内部には、ハブの回転を発電機５に伝達する機械的な駆動力伝達機構として、主軸６および増速機７が設けられている。ハブ３の回転エネルギーはこのようにして発電機５に伝達されて発電が行われる。風力発電装置１０は、風車翼４のハブ３に固定される部分の近傍の表面およびハブ３の表面に着氷雪防止処理が施されている。図２に示す拡大図において着氷雪防止処理が施されている部分を斜線Ｓで示す。
【００１８】
なお、本発明の風力発電装置において着氷雪防止処理が施される部分は、風車翼のハブへの取り付け部近傍、およびハブ等の風車の回転による周速が小さい部分であれば特に制限されない。図１、２に示される風力発電装置１０における、着氷雪防止処理部分は例示であって本発明はこれに限定されない。
また、必要に応じて風車翼全体に着氷雪防止処理が施されてもよく、さらにはナセルやタワーの表面に着氷雪防止処理が施されてもよい。
【００１９】
（着氷雪防止処理）
ハブ３の表面および風車翼４のハブへの取り付け部付近の表面に施される着氷雪防止処理については、塗料組成物による着氷雪防止被膜の形成、着氷雪防止フィルムの貼付、ハブ３および風車翼４のハブへの取り付け部の基材に直接、上記塗料組成物による着氷雪防止被膜の形成、着氷雪防止フィルムの貼付以外の方法で処理する方法、氷雪堆積時にヒーター等が作動して加熱する機構等が挙げられる。これらの方法は、ハブ３および風車翼４の表面を構成する材料、具体的には、金属、ＦＲＰ、ＣＦＲＰ、鋼材等に合わせて適宜選択される。
【００２０】
本発明においてはこれらのなかでも、塗料組成物による着氷雪防止被膜の形成、または着氷雪防止フィルムの貼付、による着氷雪防止処理が好適である。
【００２１】
塗料組成物による着氷雪防止被膜の形成については、着氷雪防止被膜の表面硬度を上げて氷雪の被膜面へのアンカーリングを防止する方法や、被膜をシリコーンやポリジメチルシロキサン、パーフロロアルキル基を持った樹脂等で撥水性にして堆積した氷雪と基材間に水膜を形成し、摩擦係数を下げ堆積量の低減効果を狙う方法、赤外線吸収材料を添加して太陽光からの赤外線を効率よく補足し、被膜表面の温度を上昇させて堆積した氷雪の一部を溶解し、水膜を形成し、摩擦係数を下げ堆積量の低減効果を狙う方法、表面構造をフラクタルにして構造的に撥水面を作る方法等が挙げられる。
【００２２】
着氷雪防止能を有する被膜形成用の塗料組成物としては、従来公知の塗料組成物やそれにより得られる被膜が利用できる。
着氷雪防止被膜の形成に用いる塗料組成物は、通常、樹脂成分を主体とし、必要に応じて充填材（フィラー）や顔料、各種機能性添加剤、溶媒、塗工性を上げるための成分等が適宜配合されて調製される。
【００２３】
上記樹脂成分としては、アクリル樹脂、ポリシロキサン、ポリエステル樹脂（アルキド樹脂含む）、エポキシ樹脂、含フッ素樹脂が好適に使用できる。本発明の風力発電装置が屋外で長期間使用されることを考慮すると、耐久性の高い含フッ素樹脂、ポリシロキサン樹脂が好適に使用される。中でも含フッ素樹脂は高いヒートサイクル性、乾湿サイクル性を持つため特に好ましい。特に架橋性含フッ素重合体を含有する塗料組成物が好ましい。
【００２４】
架橋性含フッ素共重合体は、通常、フッ素原子を有する単量体に基づく重合単位および架橋性基を有する単量体に基づく重合単位を含有する。
フッ素原子を有する単量体として、具体的には、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）、クロロトリフルオロエチレン（ＣＴＦＥ）、フッ化ビニリデン（ＶｄＦ）、フッ化ビニル（ＶＦ）、ペルフルオロ（プロピルビニルエーテル）（ＰＰＶＥ）、フルオロアルキル基と重合性不飽和基とがエーテル結合またはエステル結合で連結された単量体（以下、「フルオロアルキル基を有する単量体」ともいう。）等が挙げられる。
【００２５】
架橋性基を有する単量体としては、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、エポキシ基、加水分解性シリル基、カルボニル基、シアノ基、イソシアネート基、オキセタン基、不飽和基、オキサゾンリン基等の架橋性基を有する単量体が好ましい。
【００２６】
架橋性含フッ素共重合体としては、ＴＦＥおよびＣＴＦＥから選ばれるフッ素原子を有する単量体と、ヒドロキシアルキルビニルエーテル類、アルキルビニルエーテル類、カルボン酸ビニルエステル類の共重合体から選ばれる架橋性基を有する単量体、およびこれらの単量体の組合せに１種以上のその他の単量体を組み合わせた共重合体が好ましい。
【００２７】
架橋性含フッ素共重合体としては、例えば、旭硝子社製のルミフロン（商品名）、ダイキン工業社製のゼッフルＧＫ（商品名）シリーズ、大日本インキ製造社製のフルオネート（商品名）、セントラル硝子社製のセフラルコート（商品名）などの市販品があり、これらを本発明に使用することもできる。
【００２８】
架橋性含フッ素重合体を含有する塗料組成物は、架橋性含フッ素共重合体の他に、硬化剤、溶媒、硬化触媒、充填材、顔料、紫外線吸収剤、光安定剤、表面調整剤、顔料分散剤、消泡剤、増粘剤、密着改良剤、つや消し剤等を含有してもよい。
【００２９】
着氷雪防止能を有する被膜形成用の塗料組成物としては、架橋性含フッ素重合体を含有する塗料組成物の他に、例えば、特開平８−３４７９号に記載された、平均分子量が５００〜２００００の範囲であり、末端部までフッ素化した低分子量四フッ化エチレン粉末と、フッ素樹脂、アクリルシリコン樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂のうちから選択される少なくとも１種の樹脂を配合してなることを特徴とする着雪防止塗料が利用可能である。
【００３０】
また、特許第３２５３８５１号に記載された、固形物体上に構築された有機塗膜であって、該有機塗膜がフィラーを２種以上分散して得られるフラクタル次元が２．４以上の層と該層表面にパーフルオロポリオキシアルキル系化合物またはパーフルオロポリオキシアルキレン系化合物からなる層とからなるものである超撥水塗膜が利用可能である。
【００３１】
さらに、特許第３７８７０１２号に記載された、ポリジメチルシロキサン系高分子アゾ開始剤またはチオール基を有するポリジメチルシロキサンを使用して加水分解性シリル基を有するビニル単量体を重合することによって、または加水分解性シリル基を有するビニル単量体と該加水分解性シリル基を有するビニル単量体と共重合可能な他のビニル単量体とを共重合することによって製造されたポリジメチルシロキサン系ブロック共重合体（Ａ）と架橋剤（Ｂ）との混合物からなり、該架橋剤（Ｂ）はシランカップリング剤の単量体または重合体の加水分解性シリル基を加水分解することによって得られた加水分解物から選ばれる一種または二種以上の化合物である硬化性組成物も利用可能である。
【００３２】
着氷雪防止能を有する被膜形成用の塗料組成物を用いて、風力発電装置の所定の箇所、少なくともハブの表面および風車翼のハブへの取り付け部付近の表面に、被膜を形成する方法としては、通常の方法、すなわち、塗料組成物の塗布し、必要に応じて乾燥した後、硬化させる方法が採用できる。塗布の方法としては、刷毛、ローラー、スプレーによる塗布が挙げられる。乾燥、硬化の条件は、用いる塗料組成物により適宜選択される。このようにして得られる着氷雪防止能を有する被膜の膜厚としては３０〜１５０μｍ程度が好ましい。
【００３３】
着氷雪防止フィルムを貼付する場合の着氷雪防止フィルムについては、フィルム自体が着氷雪防止性を有している場合と、基材フィルム上に上述の着氷雪防止能を有する被膜形成用塗料組成物を用いて被膜を形成した場合等がある。
【００３４】
フィルム自体が着氷雪防止性を有している場合のフィルムとしては、含フッ素重合体からなるフィルムが挙げられる。具体的には、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、エチレン／ＴＦＥ共重合体（ＥＴＦＥ）、ＴＦＥ／ＨＦＰ共重合体（ＦＥＰ）、ＴＦＥ／ＰＰＶＥ共重合体（以下、ＰＦＡという。）、ＴＦＥ／プロピレン共重合体、ＴＦＥ／ＨＦＰ／ＶｄＦ共重合体（ＴＨＶ）等が挙げられる。着氷雪防止フィルムの膜厚としては２５〜２５０μｍ程度が好ましい。ＥＴＦＥフィルムの市販品としては、旭硝子社製のアフレックス等が挙げられる。
【００３５】
着氷雪防止フィルムが、基材フィルムと、基材フィルム上に形成された着氷雪防止被膜を有する構成の場合、具体的には、基材フィルムと、該基材フィルムの貼付面と反対側の面に上記塗料組成物により形成された着氷雪防止被膜を有する構成が挙げられる。
用いる基材フィルムとしては、アルミニウムやステンレススチールなどの金属箔フィルム、プラスチックフィルム、Ｓｉやアルミニウムなどの金属が少なくとも一方の面に蒸着された金属蒸着プラスチックフィルムなどが好ましく、プラスチックフィルム、金属蒸着プラスチックフィルムがより好ましい。
【００３６】
基材フィルムがプラスチック製の場合の材質として、具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン類；ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデンなどのポリハロゲン化ビニル類；ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル類；ナイロン６、ナイロン６６、ＭＸＤナイロン（メタキシレンジアミン／アジピン酸共重合体）などのポリアミド類；ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメチルメタクリレートなどの置換基を有するオレフィン類の重合体；エチレン／酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン／ビニルアルコール共重合体などの共重合体等が挙げられる。
【００３７】
基材フィルムの厚さは、２５〜２５０μｍ程度の厚さが好ましい。また、基材フィルムとしては接着性を向上させるために、従来公知の方法で表面処理を行ったものを用いてもよい。表面処理としては、例えばコロナ放電処理、プラズマ放電処理、化成処理、金属フィルムの場合はブラスト処理などが挙げられる。
【００３８】
基材フィルムへの着氷雪防止被膜形成用の塗料組成物の塗布の方法としては、塗料の性状（特に、粘度、レオロジー性）に応じて、スピンコート法、スプレー法、スリットコート法、ロールコート法、回転塗布法、バー塗布法などから適宜選択されて用いられる。乾燥、硬化等の条件は基材フィルムおよび塗料組成物の種類により適宜選択される。この場合の着氷雪防止被膜の膜厚は３０〜１５０μｍ程度が好ましい。
【００３９】
着氷雪防止フィルムを風力発電装置の所定の箇所、少なくともハブの表面および風車翼のハブへの取り付け部付近の表面に、貼付する方法としては、粘着剤や接着剤を使用する等の通常の方法が採用できる。
【００４０】
また、風力発電装置の所定の箇所、少なくともハブの表面および風車翼のハブへの取り付け部付近の表面に、上記塗料組成物による着氷雪防止被膜の形成や、着氷雪防止フィルムの貼付以外に、直接着氷雪防止処理を施す方法については、極めて高度の高いクロムメッキやＴｉＮ、ＳｉＣ処理を、処理対象箇所の基材表面に行い、氷雪の基材表面へのアンカーリングを防止する方法が挙げられる。
【００４１】
本発明による風力発電装置は、少なくともハブの表面および風車翼のハブへの固定部付近の表面に上記着氷雪防止処理を施したことにより、該部位への着氷雪の量が少なく、風車回転時に堆積した氷雪が回転力により飛ばされ衝突することによる人的、物的被害の危険性が低い。さらに、堆積した氷雪の除去によるによる風力発電装置の停止等による発電機会の損失が少なく、効率のよい発電が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１０…風力発電装置、１…タワー、２…ナセル、３…ハブ、４…風車翼、５…発電機、６…主軸、７…増速機
【図１】
2013160163.tif 000003
【図２】
2013160163.tif 000004