(57)【要約】【課題】風力タービン（１００）で使用するタワー（１２０）を提供する。【解決手段】本タワー（１２０）は、複数のタワーセグメント（２６２、２６４）を含み、各タワーセグメントは、第１の接合部（３３０）と、第２の接合部（３４０）とを含み、第１のタワーセグメントの第１の接合部は、接着剤組成物（４３５）によって第２のタワーセグメントの第２の接合部に接合される。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力タービン（１００）で使用するタワー（１２０）であって、
複数のタワーセグメント（２６２、２６４）を含み、各タワーセグメントが、
第１の接合部（３３０）と、
第２の接合部（３４０）と、を含み、
第１のタワーセグメントの第１の接合部が、接着剤組成物（４３５）によって第２のタワーセグメントの第２の接合部に接合される、
タワー（１２０）。
【請求項２】
前記第１の接合部（３３０）が、複数のピンプル（４３２）を含み、
前記第２の接合部（３４０）が、複数のグルーブ（４４２）を含み、
前記第１のタワーセグメント（２６２）の複数のピンプルが、前記第２のタワーセグメント（２６４）の複数のグルーブと噛合うように構成される、
請求項１記載のタワー（１２０）。
【請求項３】
複数の前記タワーセグメント（２６２、２６４）が、互いに接合されて少なくとも１つのタワーセクション（２４０、２６０）を形成し、
少なくとも２つの前記タワーセクションが、互いに接合されて該タワーを形成する、
請求項１又は２に記載のタワー（１２０）。
【請求項４】
前記接着剤組成物（４３５）が、少なくとも２１０Ｎ／ｍｍの剥離強度を有する、請求項１乃至３のいずれか1項に記載のタワー（１２０）。
【請求項５】
前記接着剤組成物（４３５）が、少なくとも５００ｋＰａの引張強度を有する、請求項１乃至４のいずれか1項に記載のタワー（１２０）。
【請求項６】
前記接着剤組成物（４３５）が、少なくとも４５０ｋＰａの動的剪断強度を有する、請求項１乃至５のいずれか1項に記載のタワー（１２０）。
【請求項７】
前記接着剤組成物が、約２２°Ｃの温度における少なくとも１０００グラムの静的剪断強度と、６６°Ｃの温度における少なくとも５００グラムの静的剪断強度とを有する、請求項１乃至６のいずれか1項に記載のタワー（１２０）。
【請求項８】
風力タービン（１００）と
それに対して前記風力タービンが結合されかつ複数のタワーセグメント（２６２、２６４）を含むタワー（１２０）と、
を含み、各タワーセグメントが、
第１の接合部（３３０）と、
第２の接合部（３４０）と、を含み、
第１のタワーセグメントの第１の接合部が、接着剤組成物（４３５）によって第２のタワーセグメントの第２の接合部に接合される、
風力タービン組立体。
【請求項９】
前記第１の接合部（３３０）が、複数のピンプル（４３２）を含み、
前記第２の接合部（３４０）が、複数のグルーブ（４４２）を含み、
前記複数のピンプルが、前記複数のグルーブと噛合うように構成される、
請求項８記載の風力タービン組立体。
【請求項１０】
前記接着剤組成物（４３５）が、少なくとも２１０Ｎ／ｍｍの剥離強度を有する、請求項８又は９に記載の風力タービン組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、総括的には風力タービンで使用する風力発電タワーに関し、より具体的には、風力タービンタワーのセクションを互いに接合する接着剤組成物を使用して組立てることができる風力発電タワーに関する。
【背景技術】
【０００２】
風力タービンは、電気エネルギを生成するために次第に使用されるようになってきている。少なくとも幾つかの公知の風力タービンは、風力タービンタワーと、該風力タービンタワー上に設置されたナセルと、シャフトによってナセル内に支持されたロータとを含む。少なくとも幾つかの公知の風力タービンでは、風力タービンタワーは、３つのタワーセクション、すなわち上部セクション、中間セクション及び基部セクションを含む。各タワーセクションは、一般的に互いに溶接された１個から１０個又はそれ以上の個々の缶セグメントで製作されている。
【０００３】
公知の風力タービンタワーにおいて、上部セクションは、地面から最も遠いセクションであり、また基部セクションは、地面に接している。中間タワーセクションは、上部セクションと基部セクションとの間で延びる。各風力タービンタワーセクションは、タービンから地面までの堅牢な構造的荷重径路の一部分を構成する。さらに、風力タービンタワーセクションはまた、システムが必要とする可能性があるあらゆる機械的及び／又は電気的な内部装置に対する支持を与える。公知の風力タービンタワーセクションは、溶接、ボルト継手及び／又はその他の公知の機械的締結組立体によって互いに連結されて風力タービンタワーを形成する。具体的には、各風力タービンタワーセクションの缶セグメントを互いに溶接して各それぞれの風力タービンタワーセクションを形成し、次に、隣接するタワーセクションを互いに結合して風力タービンタワーを形成する。
【０００４】
公知の風力タービンの場合に、風力タービンタワーは、組立てる前に長距離輸送トラックを使用して建設現場に輸送される。約６０フィートから約１５０フィートの長さを有する風力タービンタワーセクションを輸送する車両の操縦性が難しいのに加えて、長さが６０フィートから１５０フィートのタワーセクションの道路輸送は、費用がかさむ可能性がある。さらに、狭いカーブは、通行することが困難になる可能性があるので、輸送のための特定の径路を計画する必要がある。また、トラックからの長いタワーの積み降ろしは、困難である可能性がある。その結果、タワーセクションは、往々にして船又はヘリコプタによって輸送しなければならない場合があり、それらの両方は、費用を増大させる可能性がある。
【非特許文献１】3M VHB, Product Description, November, 2005.
【非特許文献２】3M VHB Tapes, Product Description, May, 2007.
【非特許文献３】Durability Certification of Wind Turbines at GL-Wind,.Industries.overview,.available.at http://www.lmsintl.com/durability-wind-turbines-GL-wind(last viewed August 19, 2007.)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述のことを考慮すると、建設現場において風力タービン用のタワーを容易に組立てることができるとしたら、それは、利点があると言える。しかしながら、タワーを製作するのに一般的に使用される溶接及びその他の機械的結合方法は、建設現場において、都合よく実行することができない場合がある。従って、風力タービンが一般的に受ける風及び温度条件に耐えることができる風力タービンを製作するように風力タービンタワーセクションを互いに連結する別の手段に対する必要性が存在する。具体的には、タワーセクションを互いに接合するために接着剤組成物を利用して建設現場において風力タービンタワーを形成することは、利点があると言える。それに加えて、接着剤組成物を利用して、建設現場においてタワーセクションの缶セグメントを接合してタワーセクション自体を形成することは、さらに利点があると言える。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの態様では、風力タービンで使用するタワーを組立てる方法を提供する。本方法は、複数のタワーセグメントを準備する段階を含む。各タワーセグメントは、第１の接合部と第２の接合部とを含む。本方法はまた、接着剤組成物を使用して第１のタワーセグメントの第１の接合部を第２のタワーセグメントの第２の接合部に接合する段階を含む。
【０００７】
別の態様では、風力タービンで使用するタワーを提供する。本タワーは、複数のタワーセグメントを含む。各タワーセグメントは、第１の接合部と第２の接合部とを含む。第１のタワーセグメントの第１の接合部は、接着剤組成物によって第２のタワーセグメントの第２の接合部に接合される。
【０００８】
さらに別の態様では、風力タービン組立体を提供する。本組立体は、風力タービンとタワーとを含む。風力タービンは、タワーに結合される。タワーは、複数のタワーセグメントを含む。各タワーセグメントは、第１の接合部と第２の接合部とを含む。第１のタワーセグメントの第１の接合部は、接着剤組成物によって第２のタワーセグメントの第２の接合部に接合される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、例示的な風力タービン１００の斜視図であり、風力タービン１００は、風力タービンタワー１２０と３つのブレード１６０、１６２及び１６４とを含む。図２は、風力タービンタワー１２０の一部分の拡大斜視図である。この例示的な実施形態では、風力タービンタワー１２０は、３つのセクション、具体的には上部タワーセクション２４０、中間タワーセクション２６０及び基部タワーセクション２８０で組立てられる。図１及び図２は、風力タービンタワー１２０が３つのタワーセクション２４０、２６０及び２８０のみを含むことを示しているが、風力タービンタワーは、本出願の技術的範囲から逸脱することなく３つよりも多い又は少ないセクションで組立てることができることを当業者には理解されたい。さらに、この例示的な実施形態では、各タワーセクション２４０、２６０及び２８０の長さＬ１は、約２０フィート〜約２００フィートの間にある。さらに、この例示的な実施形態では、各タワーセクション２４０、２６０及び２８０の直径Ｄ１は、約３０フィートである。
【００１０】
この例示的な実施形態では、各風力タービンタワーセクション２４０、２６０及び２８０は、例えば１つ又はそれ以上の缶セグメント２６２及び２６４で組立てられる。図３は、互いに結合されて風力発電タワーセクション２６０を形成する缶セグメント２６２及び２６４の部分断面図である。この例示的な実施形態では、風力タービンセクション２６０は、それぞれ２つの缶セグメント２６２及び２６４のみを含む。別の実施形態では、各タワーセクション２４０、２６０及び２８０は、あらゆる適切な数の缶セグメントを含むことができる。この例示的な実施形態では、各缶セグメント２６２及び２６４は、約１０フィート〜２０フィートの間にある長さＬ２と、約３０フィートの直径Ｄ１とを有する。さらに、この例示的な実施形態では、缶セグメント２６２及び２６４は各々、同じ鉄材で製作される。それに限定されないが複合材及び／又はコンクリートのようなその他の非金属材料もまた、缶セグメント２６２及び２６４を製作するのに適したものとして使用することができる。
【００１１】
この例示的な実施形態では、缶セグメント２６２及び２６４には各々、第１の接合部３３０と第２の接合部３４０とが形成される。各第１の接合部３３０は、接着剤組成物（図示せず）によって缶セグメント２６４のそれぞれの第２の接合部３４０に結合されて、タワーセクション２６０を形成する。この例示的な実施形態では、接合部３３０及び３４０は、缶セグメント２６２を缶セグメント２６４に結合させた時に、重なり合う。重なりの長さＬ３は、接着剤組成物に生じる剪断応力及び引張応力を制御するのを可能にするのに必要な面積の量に応じて決まり、一般的に約１５センチメートル〜約１００センチメートルの範囲になる。
【００１２】
図４は、互いに結合されてタワーセクション２６０を形成する缶セグメント２６２及び２６４の拡大図である。図５は、互いに結合された缶セグメント２６２及び２６４の一部分の断面図である。図６は、缶セグメント２６２及び２６４の一部分の拡大図である。接合部３３０及び３４０は、風力タービン技術の当業者には公知のあらゆる接合部とすることができる。例えば、１つの実施形態では、接合部３３０及び３４０は、機械加工した階段状接合部である。別の実施形態では、接合部３３０及び３４０は、連結されると互いに噛合うように構成されたピンプル及びグルーブ接合部である。例えば、図４〜図６は、複数のピンプル４３２を有する缶セグメント２６２の第１の接合部３３０と、複数のグルーブ４４２を有する缶セグメント２６４の第２の接合部３４０とを示している。
【００１３】
この例示的な実施形態では、接合部３３０及び３４０には各々、テーパ構成が形成されている。より具体的には、この例示的な実施形態では、接合部３３０及び３４０は各々、約１度〜約５度の間でテーパしている。別の実施形態では、また当業者には分かるであろうように、接合部３３０及び３４０は、本明細書に説明するように、缶セグメント２６２及び２６４を連結するのを可能にするあらゆる適切な角度でテーパさせることができる。さらに、この例示的な実施形態では、接着剤組成物は、それに限定されないが、スロットダイ法、直接グラビア法、反転ロール付きオフセットグラビア転写法、カーテンコーティング法、スライド（カスケード）コーティング法、正転及び反転ロールコーティング法、押出しコーティング法、回転スクリーン法、噴霧ノズル塗布法、フレキソ印刷法、ブラシ塗布法、並びにプル及びスティック法のようなあらゆる適切な方法を使用して、接合部３３０及び３４０の少なくとも１つに施される。
【００１４】
１つの実施形態では、第１の缶セグメント２６２の第１の接合部３３０に接着剤組成物を施し、第１の缶セグメント２６２は、第２の缶セグメント２６４の第２の接合部３４０に結合されて風力タービンタワーセクション２６０を形成する。一般的に、第１の缶セグメント２６２の第１の接合部３３０には、約０．５ミリメートル（ｍｍ）〜約５ｍｍの厚さを有する接着剤組成物の層が施される。別の実施形態では、接着剤組成物は、第２の缶セグメント２６４の第２の接合部３４０に施される。さらに別の実施形態では、接着剤組成物は、第１の缶セグメント２６２の第１の接合部３３０及び第２の缶セグメント２６４の第２の接合部３４０の両方に施される
図４〜図６を参照すると、１つの実施形態では、缶セグメント２６２及び２６４に対して接着剤組成物４３５を施した後に、セグメント２６２及び２６４は、締まり嵌めを形成するように互いに押付けられる。具体的には、図６に示すように、第１の缶セグメント２６２の第１の接合部３３０は、接着剤組成物４３５及び締まり嵌めを使用して、第２の缶セグメント２６４の第２の接合部３４０に結合される。一般的に、缶セグメント２６２及び２６４は、それに限定されないがクランプを含むあらゆる適切な手段を使用して、互いに対して所定の位置に保持される。締まり嵌めは、缶セグメント２６２及び２６４の２つの接合部３３０及び３４０間に摩擦を生じさせ、従ってより強力な接合を可能にする。幾つかの実施形態では、干渉摩擦の結果として生じたより強力な接合によって、以下に説明するような様々な機能特性を有する風力タービンタワーセグメントを製作するのに、あまり強力でない接着剤組成物を使用することが可能になる。
【００１５】
風力タービンタワーセクション２４０、２６０及び２８０を製作した後に、それらのセクションは、本明細書に説明する方法を使用して、それらのそれぞれの接合部３３０及び３４０において互いに接合される。具体的に、缶セグメント２６２及び２６４の場合と同様に、第１のタワーセクション２４０の第１の接合部３３０に対して接着剤組成物４３５を施し、次に第１のタワーセクション２４０の第１の接合部３３０を第２のタワーセクション２６０の第２の接合部３４０と接触させてタワー１２０を形成する。
【００１６】
本開示の風力タービンの風力タービンタワー及び風力タービンタワーセクションに使用する缶セグメントは、特定の物理的及び機能的特性を有する何らかの接着剤組成物を使用して互いに適切に連結して、Ｇｅｒｍａｎｉｓｃｈｅｒ  Ｌｌｏｙｄ（ＧＬ）−Ｗｉｎｄ  Ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎを満たした風力タービンを製作することができることが判明した。
【００１７】
具体的に、この例示的な実施形態では、一旦組立てられると、風力タービン１００は、約１６０フィート〜約６００フィートの間の合計高さを有し、かつ約１５フィート〜約４５フィートの間の直径を有することになる。風力タービンとして使用するように実施するためには、風力タービン１００は、ＧＬ−Ｗｉｎｄ認証を受ける必要がある。認証を受けるためには、製造業者は、極端な風及び温度条件に耐えながら２０年間にわたって、高い信頼性で低コストエネルギーを生成することになる風力タービンを設計しなければならない。風力タービンが受ける平均荷重は、極く小さなものであるが、並外れた強さのランダム力が、予測不能な間隔でその構造を襲う。従って、Ｇｅｒｍａｎｉｓｃｈｅｒ  Ｌｌｏｙｄ（ＧＬ）は、これらの条件下での疲労寿命についての設計を正確に評価する方法を見出した。
【００１８】
１つの実施形態では、風力タービン１００は、接着剤接合型缶セグメント及びタワーセクションを使用して組立てられ、かつＧＬ−Ｗｉｎｄ認証を受けている。すなわち、風力タービン１００は、約−４０°Ｃ（−４０°Ｆ）〜約５０°Ｃ（１２２°Ｆ）の温度条件下でのＧＬ−Ｗｉｎｄ認証に必要となる２０年間風疲労寿命を有する。さらに、接着剤組成物を使用することによって、従来使用型の溶接方法及び材料又はその他の機械的継手は、もはや必要ではなく、従って缶セグメント２６２及び２６４並びに風力タービンタワーセクション２４０、２６０及び２８０は、建設現場において互いに結合することができる。具体的には、得られた風力タービンに適切な強度を与えてリベット、スポット溶接及びその他の永続的な機械的締結具に置き換わることが可能な特定の接着剤組成物が見出された。
【００１９】
この例示的な実施形態では、本明細書に説明する接着剤組成物は、少なくとも約５００ｋＰａ（７２．５ｌｂ／ｉｎ２）の引張強度を有する。１つの実施形態では、接着剤組成物は、より適切には少なくとも約６００ｋＰａ（８７．０ｌｂ／ｉｎ２）、さらにより適切には少なくとも約６２０ｋＰａ（８９．９ｌｂ／ｉｎ２）の引張強度を有する。１つの実施形態では、本明細書で使用する接着剤組成物は、適切には少なくとも約３０ＭＰａ（４３５０ｌｂ／ｉｎ２）の引張強度を有する。
【００２０】
さらに、この例示的な実施形態では、本明細書で使用する接着剤組成物は、少なくとも約２１０Ｎ／ｍｍの剥離強度を有する。１つの実施形態では、接着剤組成物は、より適切には少なくとも約３００Ｎ／ｍｍ、さらにより好ましくは、少なくとも約３５０Ｎ／ｍｍの剥離強度を有する。
【００２１】
さらに、この例示的な実施形態では、本明細書で使用する接着剤組成物は、適切には少なくとも約４５０ｋＰａ（６２．３ｌｂ／ｉｎ２）の動的剪断強度を有する。１つの実施形態では、接着剤組成物は、さらに適切には少なくとも約４８０ｋＰａ（６９．６ｌｂ／ｉｎ２）、より好ましくは少なくとも約５００ｋＰａ（７２．５ｌｂ／ｉｎ２）、さらにより適切には少なくとも約５５０ｋＰａ（７９．８ｌｂ／ｉｎ２）の動的剪断強度を有する。
【００２２】
それに加えて、この例示的な実施形態では、本明細書で使用する接着剤組成物は、適切には約７２°Ｆ（２２°Ｃ）の温度における少なくとも約１０００グラムの静的剪断強度を有する。接着剤組成物は、より適切には約７２°Ｆ（２２°Ｃ）の温度における少なくとも約１２５０グラム、さらにより適切には約７２°Ｆ（２２°Ｃ）の温度における少なくとも約１５００グラムの静的剪断強度を有する。それに加えて、本明細書で使用する接着剤組成物は、適切には約１５０°Ｆ（６６°Ｃ）の温度における少なくとも約５００グラムの静的剪断強度を有する。接着剤組成物は、より適切には約１５０°Ｆ（６６°Ｃ）の温度における少なくとも約７５０グラム、さらにより適切には約１５０°Ｆ（６６°Ｃ）の温度における少なくとも約１０００グラムの静的剪断強度を有する。
【００２３】
本開示において使用する特に好ましい接着剤組成物は、例えば３Ｍ  Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ（ミネソタ州セントポール）から購入可能なＶＨＢ（商標）（Ｖｅｒｙ  Ｈｉｇｈ  Ｂｏｎｄ）接着剤である。具体的には、ＶＨＢ（商標）接着剤は一般的に、粘弾性特性を示すアクリル発泡接着剤である。発泡接着剤組成物は、エネルギを吸収して、高いレベルの強度と優れた耐疲労性並びに音響及び振動減衰特性とをもたらす。本開示においては、様々なＶＨＢ（商標）接着剤を使用することができる。ＶＨＢ（商標）接着剤の実施例には、多目的アクリルＶＨＢ（商標）接着剤（例えば、ＶＨＢ（商標）接着剤Ｎｏ．４９４１及びＮｏ．４９４５）、汎用目的アクリルＶＨＢ（商標）接着剤（例えば、ＶＨＢ（商標）接着剤Ｎｏ．４９５０、Ｎｏ．４６１１及びＮｏ．４６２２）、並びに低温適用アクリルＶＨＢ（商標）接着剤（例えば、ＶＨＢ（商標）接着剤Ｎｏ．４９５１）が含まれる。
【００２４】
１つの特に好ましい実施形態では、接着剤組成物はまた、動的振動負荷を減衰させることができかつ騒音伝達を減少させる働きをすることができる減衰材料を含む。
【００２５】
本発明の開示又はその好ましい実施形態の要素を紹介する時、数詞のない表現は、１つ又はそれ以上の要素が存在することを意味することを意図している。「含む」「備える」及び「有する」という用語は、包含しており、かつ記載した要素以外の付加的な要素が存在することができることを意味することを意図している。
【００２６】
上記のシステム及び方法は、建設現場において組立てることができる風力タービンタワーを提供するのを可能にする。従って、風力タービンタワーセクションは、公知の風力タービンタワーセクションよりも小さいセクションとして輸送することができる。従って、上記のシステム及び方法は、風力タービンタワーの輸送及び組立てに関連する費用を低減するのを可能にする。
【００２７】
本開示の技術的範囲から逸脱せずに、以上の構成及び方法において様々な変更を行なうことができるので、以上の説明に含まれまた添付図面に示した全ての事項は、説明として解釈すべきであり、限定的な意味として解釈すべきではないことを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】例示的な風力タービンの斜視図。
【図２】図１に示す風力タービンタワーの一部分の拡大斜視図。
【図３】図２に示す缶セグメントの部分断面図。
【図４】互いに結合されて図１及び図２に示すタワーセクションを形成する、図３に示す缶セグメントの拡大図。
【図５】互いに連結された、図４に示す缶セグメントの一部分の断面図。
【図６】領域６に沿って取った、図５に示す缶セグメントの一部分の拡大図。
【符号の説明】
【００２９】
１００  風力タービン
１２０  風力タービンタワー
１６０  ブレード
１６２  ブレード
１６４  ブレード
２４０  上部タワーセクション
２６０  中間タワーセクション
２６２  缶セグメント
２６４  缶セグメント
２８０  基部タワーセクション
３３０  第１の接合部
３４０  第２の接合部
４３２  ピンプル（突起部或いは突条部）
４３５  接着剤組成物
４４２  グルーブ
【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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