(57)【要約】【課題】  複合体風力タービンタワー（１０４）、複合体風力タービンタワー（１０４）を製造する方法、および複合体風力タービンタワー（１０４）を形成する装置を提供する。【解決手段】  タワー（１０４）は、各々がマトリックス材料と、該マトリックス材料内に配置された複数の強化用繊維（４０１）を有する第１層（５０１）および第２層（７０１）を備える。タワー（１０４）は、第１層（５０１）と第２層（７０１）の中間に配置されたコア層（６０１）をさらに備える。タワー（１０４）は、現場で部分的または完全に製造することができる。【選択図】  図７
2009203983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合体風力タービンタワー（１０４）であって、
マトリックス材料と、該マトリックス材料内に配置された複数の強化用繊維（４０１）とを有する第１層（５０１）および第２層（７０１）と、
該第１層（５０１）と該第２層（７０１）の中間に配置されたコア層（６０１）とを有しており、
現場で部分的または完全に製造することができるタワー（１０４）。
【請求項２】
該強化用繊維（４０１）が織りテープである、請求項１に記載のタワー（１０４）。
【請求項３】
該強化用繊維（４０１）が編組である、請求項１に記載のタワー（１０４）。
【請求項４】
該強化用繊維（４０１）が三軸織物に織られている、請求項１に記載のタワー（１０４）。
【請求項５】
該強化用繊維（４０１）は、ガラス、炭素、金属、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される繊維材料である、請求項１に記載のタワー（１０４）。
【請求項６】
該コア層（６０１）は、発砲体、コンクリート、補強材、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のタワー（１０４）。
【請求項７】
該第２層（７０１）上に外側被膜（８０１）をさらに有する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のタワー（１０４）。
【請求項８】
該外側被膜（８０１）が、ペイントまたはエポキシ塗料である、請求項７に記載のタワー（１０４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、複合体風力タービンタワー構造物および複合体風力タービンタワー構造物を形成する方法を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
近年、風力タービンは、環境的に安全で比較的廉価な代替エネルギー源として高い注目を集めている。この関心が高まるにつれて、信頼性が高く効率的な風力タービンの開発に多大な努力がなされている。
【０００３】
一般的に、風力タービンは複数のブレードを有するロータを備えている。ロータは、トラスまたは筒状タワーの上部に位置するハウジングまたはナセルに取り付けられる。需給グレード風力タービン（すなわち、電力を電力系統へ供給するように設計された風力タービン）は、大型ロータ（例えば、長さが３０メートル以上）を備えることになる。また、風力タービンは、通常、少なくとも６０メートルの高さがあるタワーに取り付けられる。これらのロータのブレードは、風力エネルギーを１つ以上の発電機を駆動する回転トルクまたは回転力に変換する。風によってブレードが回転する時に、本質的に騒音が発生する。
【０００４】
所要電力が増大するにつれて、風力タービンの寸法も同様に増大する。さらに、使用する鋼の量および関連する製造工程装置が費用のかかるものとなる。大型風力タービンタワーの輸送には、費用と時間が非常にかかる。現在の風力タービンタワーは遠隔設備で製造する必要があり、そこで製造された構成部品を現場に輸送して組み立てなければならない。
【０００５】
現在の風力タービンタワーは、一般的に、管状の風力タービンタワーの製造に適した金属鋼板または同様の金属材料から製造される。そのような材料は重く、加工が困難で費用がかかる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
輸送要件を減らして現場で部分的または完全に組み立てることができるとともに、所要寸法および電力が増大するにつれて、大型へと拡大する能力がある軽量でより費用のかからないタワー構造物を提供することができる風力タービンタワー構造物が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様は、各々がマトリックス材料と、該マトリックス材料内に配置された複数の強化用繊維を有する第１層および第２層を有する複合風力タービンタワーを包含する。該タワーは、該第１層と該第２層の中間に配置されたコア層をさらに有する。該タワーは、現場で部分的または完全に製造することができる。
【０００８】
本開示の別の態様は、風力タービンタワーを形成する方法を包含する。該方法は、表面を有するマンドレルを準備する工程を含む。第１層は、該表面に複数の繊維を配列し、該繊維にマトリックス材料を供給することによって形成される。該第１層にコア材料が塗布されて、コア層が形成される。該コア層の少なくとも一部に複数の繊維を配列し、マトリックス材料を該繊維に供給することによって、該コア層に第２層が塗布される。該マトリックス材料が硬化して、複合風力タービンタワーの少なくとも一部が形成される。
【０００９】
本発明のまた別の態様は、同軸上に配列された第１マンドレル部および第２マンドレル部を有する複合風力タービンタワー形成装置を包含する。該第１マンドレル部は該第２マンドレル部の内部に配列および配置され、表面を有する。繊維供給アセンブリが配列および配置され、該表面に強化用繊維を供給する。該第１マンドレル部または該第２マンドレル部の一方または両方の内部に、硬化アセンブリが配列される。該第１マンドレル部および該第２マンドレル部の各々は、可変直径を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の一つの利点は、風による振動荷重を軽減する層状複合体構造物によって防振性の向上がもたらされるので、風力タービンの疲労寿命を延長できることである。
【００１１】
本開示の別の利点は、タワー製造工程を現場で行なうことができることである。そのような現場生産は製造設備の費用を削減し、製造装置が標準トラックやコンテナに適合して輸送費も削減される。
【００１２】
本発明のその他の特徴および利点は、一例として発明の原理を例証する添付図面と併せて、以下の好適な実施形態のより詳細な説明から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の一実施形態による、風力タービンの側面図である。
【図２】本開示の一実施形態による、風力タービンの正面図である。
【図３】本開示の一実施形態による、風力タービンの正面図である。
【図４】本開示の一実施形態による、複合材料の組み込み中の繊維構成の概略図を示す。
【図５】本発明の別の実施形態による、形成中の層状複合体の一部切欠上面斜視図を示す。
【図６】本発明の別の実施形態による、形成中の層状複合体の一部切欠上面斜視図を示す。
【図７】本発明の別の実施形態による、形成中の層状複合体の一部切欠上面斜視図を示す。
【図８】本発明の別の実施形態による、形成中の層状複合体の一部切欠上面斜視図を示す。
【図９】本開示の一実施形態による、層状複合体風力タービンタワーの一部切欠上面斜視図を示す。
【図１０】本開示の一実施形態による、層状複合体風力タービンタワーの図９の１０−１０方向の断面図を示す。
【図１１】本開示の一実施形態による、タワー形成装置を示す。
【図１２】本開示の一実施形態による、マンドレルの部分正面図を示す。
【図１３】本開示の一実施形態による、図１２の１３−１３方向に沿ったマンドレルの断面図を示す。
【図１４】本開示の別の実施形態による、タワー形成装置を示す。
【図１５】本開示の別の実施形態による、タワー形成装置を示す。
【図１６】本開示の別の実施形態による、マンドレルの一部切欠正面図を示す。
【図１７】本開示のまた別の実施形態による、タワー形成装置を示す。
【図１８】本開示のまた別の実施形態による、タワー形成装置を示す。
【００１４】
同一または同様の部品を参照するために、全図面にわたって可能な限り同じ参照番号を用いることとする。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に示すように、風力タービン１００は、一般的に発電機（図１には図示せず）を収容するナセル１０２を備えている。ナセル１０２は、その一部のみが図１に示されるタワー１０４の頂上に取り付けられたハウジングである。タワー１０４の高さは当該技術分野で周知の要因と条件に基づいて選択され、６０メートル以上の高さまで延長することができる。風力タービン１００は、望ましい風条件を有するエリアにアクセスできる任意の地形に設置することができる。地形が大きく変わってもよく、山岳地帯や沖合の場所を含み得るがこれに限定されない。風力タービン１００は、回転ハブ１１０に取り付けられた１つ以上のロータブレード１０８を有するロータ１０６をさらに備えている。図１に示される風力タービン１００は３つのロータブレード１０８を有しているが、本発明で要求されるロータブレード１０８の数に特に制限はない。
【００１６】
図２は、本開示の一実施形態による、複合材料から作られたタワー１０４を有する風力タービン１００の構成を示す。風力タービン１００は、図１に関して図示および上述した構成部品を備えている。タワー１０４は、タワー１０４の下端部２０１の第１直径と、タワー１０４の上端部２０３の第２直径を有する。タワー１０４は、階段またはその他の移動方法を介して、タワー１０４およびナセル１０２にアクセスするための点検口２０５をさらに備えてもよい。第１直径は第２直径よりも大きく、テーパを形成する。テーパは、風力タービン１００に望ましい所望の強度と作動特性を提供する。例えば、限定されてはいないが、テーパは、風力タービン１００の所望の支持性と安定性を得るための曲げモーメント管理の組み合わせを提供するように構成することができる。さらに、ナセル１０２の基部に存在する軸受および軸受構造を最適化して所望の軸受面を提供するとともに、保守および／または点検の際にナセル１０２へのスタッフと器材の移動を可能にするように、テーパを形成することができる。さらにまた、強い突風の際に歪んだり、曲がったりする可能性のある回転ブレード１０８のための隙間を設けるように、テーパを形成することができる。タワー１０４は土台またはその他の構造物に取り付けてもよく、あるいは構造的安定性を得るために地面にあってもよい。
【００１７】
図３は、本開示の別の実施形態による、複合材料から作られたタワー１０４を有する風力タービン１００の構成を示す。風力タービンは、図２に関して図示および上述した構成部品を備えている。タワー１０４は、大径の第１端部２０１から小径の第２端部２０３が含まれるテーパを有する。また、タワー１０４は、風力タービン１００を支持するのに適したコンクリートまたはその他の構造的に弾性のある材料から製造することができる基部３０１を有する。本開示は図示の構成に限定されるものではなく、別の設計および形状を有するその他の構成の基部３０１を包含することができる。
【００１８】
図４は、本開示の一実施形態による、強化用繊維４０１から形成されている複合材料から作られたタワー１０４を示す。図示のように、マンドレル４０３が形成される。マンドレル４０３は円筒構造である。しかしながら、マンドレル４０３の断面形状は、タワー１０４の断面に対応する任意の形状であってもよい。マンドレル４０３はタワー１０４の全長まで延長させるか、あるいは部分長のみに対応させてもよく、繊維の適用時に繊維の支持性を提供するように移動させてもよい。繊維４０１には、長手方向繊維４０５およびフープ繊維４０７が含まれる。繊維４０１は、天然繊維でも、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、または複合材料を形成するのに適したその他の繊維などの人工繊維でもよい。フープ繊維４０７を長手方向繊維４０５に加えて、補強構造を形成する。繊維４０１の数は限られておらず、風力タービン１００の重量と荷重の支持に適した複合材料を形成するのに適した任意の数および任意の密度であってもよい。形成された補強構造は、樹脂またはその他のマトリックス材料が塗布されて硬化した繊維プリフォーム４０９を有する。好適なマトリックス材料としては、ポリエステル、ポリビニル、エポキシ、または複合材料の形成に適した任意のその他のマトリックスが挙げられるが、これらに限定されない。
【００１９】
一実施形態において、タワー１０４は、コア材料６０１の周囲に配置された複数の繊維補強層を有する。図５〜図１０は、層状複合体を有するタワー１０４の構造を示す。層状複合体タワー１０４を形成するために、マンドレル４０３が形成され、強化用繊維４０１の第１複合体層５０１がマトリックス内に配置される。強化用繊維４０１は表面に巻回された個々の繊維であってもよく、あるいはマンドレル４０３の表面に適用された織繊維または不織繊維であり得る繊維テープまたは繊維生地であってもよい。また、強化用繊維４０１は織られるか編まれるかして、マンドレル４０３の表面に適用してもよい。別の実施形態では、強化用繊維４０１はプリプレグであってもよく、かつ／または強化用繊維４０１が適用されるような樹脂またはマトリックス材料塗料であってもよい。強化用繊維４０１に、マトリックス材料が塗布される。マトリックス材料は、赤外線、紫外線、熱またはその他の硬化方法によって硬化させることができる。別の実施形態では、マトリックス材料を表面に残して、追加層が得られるようにしてもよい。図６に示すように、第１複合体層５０１にコア材料６０１が塗布される。コア材料６０１は、コンクリート、発泡体（例えば、ポリウレタンフォーム）、または補強複合体層の間に中間層を形成するのに適したその他の材料を含み得るが、これらに限定されない。コア材料６０１は、好ましくは、軽量かつ低コストで、層状複合体に強度とせん断抵抗力を提供する材料である。また、コア材料６０１は、好ましくは、タワー１０４にとって望ましい耐荷重特性と壁厚制御を提供する。コア材料６０１は、表面上へのコア材料６０１の塗装、噴霧、塗布、または成形を含む任意の適切な適用技術を用いて、表面に適用することができる。
【００２０】
コア材料６０１を塗布した後、コア材料６０１に第２複合体層７０１が塗布される。第２複合体層７０１は強化用繊維４０１を含んでおり、第１複合体層５０１と同じまたは異なる繊維構成であってもよい。第２複合体層７０１は、第１複合体層５０１に関して上述したのと同じマトリックス材料適用工程を用いて、樹脂またはマトリックス材料がさらに供給される。
【００２１】
図８に示すように、タワー１０４に環境保護またはその他の保護を提供するために、第２複合体層７０１に外層８０１を塗装または被覆してもよい。本開示の一実施形態では、層状複合体を真空バッグ８０３やＶａＲＴＭ（真空圧樹脂含浸成形法）等のその他の真空構成内に入れて、マトリックス材料を分配して硬化させるための周知の複合体製造技術に従って真空下で加熱する。図９に示すように、得られた層状複合体をマンドレル４０３から取り除いて、第１複合体層５０１の内面に内層１００１を形成してもよい。内層１００１は、外層８０１と同じ方法で形成することができる。
【００２２】
図１０は、内層１００１と、第１複合体層５０１と、第１複合体層５０１と第２複合体層７０１の中間に配置されたコア材料６０１と、外層８０１とを有するタワー１０４の断面を示す。層状複合体は、面せん断によって強度を向上させ、重量と費用を削減し、風による振動荷重を軽減するサンドイッチ繊維複合体の防振性の向上をもたらすので、タービンの機械系の疲労寿命を延長することができる。別の実施形態では、コア材料６０１は、補強を行うための鋼鉄筋、またはその他の補強材等の補強構造を含んでもよい。
【００２３】
図１１は、層状複合体タワー１０４を形成するタワー形成装置１１００を示す。図１１に示すように、装置１１００は、形成されている複合体タワー１０４の長さに沿って配列された複数の繊維ボビン１１０１を有する。代表的なボビン１１０１および繊維４０１の例だけが示されているが、図示されていないさらなるボビン１１０１および繊維４０１も形成されているタワー１０４の周りに円周方向に配列される。例えば、マンドレル４０３に塗布される第１層５０１の繊維構成は、図４に示す繊維構成のような繊維構成であってもよい。繊維４０１およびコア材料６０１がマンドレル４０３上に重ねられて、層状複合体タワー１０４が形成される。装置１１００は、所望の繊維密度とタワー１０４の完成寸法に応じて、多数のボビン１１０１および繊維４０１を含んでもよい。ボビン１１０１は、マンドレル４０３への塗布の前または後のマトリックス材料１１０３を含浸または他の方法で被覆された繊維４０１を供給する。マンドレル４０３への繊維４０１の適用は、マンドレル４０３および形成されているタワー１０４の回転によるものでもよく、あるいはボビン１１０１またはボビン１１０１が取り付けられるその他の構造物の回転によって行なわれてもよい。長手方向繊維４０５は、形成されているタワー１０４の長さに沿って供給される。長手方向繊維４０５はマトリックス材料タンク１１０５を介してマトリックス材料１１０３を供給してもよく、かつ／またはマンドレル４０３上に一旦配置されたマトリックス材料１１０３で被覆してもよい。長手方向繊維４０５は、マンドレル４０３に隣接または近接して配置される。第１複合体層５０１を形成するために、フープ繊維４０７がマンドレル４０３および長手方向繊維４０５に適用される。上述のように、複数のフープ繊維４０７が、好ましくはマンドレル４０３の周りに円周方向に適用される。フープ繊維４０７は、所望のパターンで適用することができる。例えば、限定されてはいないが、フープ繊維４０７は単層や部分層で適用してもよく、あるいは織物または編物複合構造で適用してもよい。フープ繊維４０７の適用方法は、形成された複合体の所望の機械特性を提供するのに十分な繊維構成を提供する方法である。さらなるマトリックス材料を提供するために、必要に応じて噴霧ノズル、ブラシ、ローラ、または手動での適用によって、マトリックス材料１１０３を追加的に塗布してもよい。
【００２４】
形成されているタワー１０４の長さに沿って硬化灯１１０７が配置され、マトリックス材料１１０３の硬化を促進または補助することのできる熱、紫外線、赤外線、またはその他の電磁エネルギー等の放射線を提供する。硬化灯１１０７は図示の配置に限定されず、複数の灯または硬化をもたらすように配置されたその他の装置であってもよい。硬化灯１１０７の他に、マトリックス材料１１０３のさらなる硬化をもたらすように、加熱装置または放射線放出装置をマンドレル４０３に組み込んでもよい。さらに、マンドレル４０３は、マトリックス材料１１０３の硬化を促進または補助するように構成される。例えば、マンドレル４０３は、特に第１複合体層５０１の内部に、マトリックス材料１１０３の硬化を促進または補助するための加熱装置または放射線源（例えば、赤外線ランプまたは紫外線ランプ）を備えてもよい。
【００２５】
コア材料６０１は、ノズル１１０９または同様の装置を介して第１複合体層５０１に提供される。コア材料６０１の塗布により、コア材料６０１が提供される。マンドレル４０３を介したタワー１０４の回転および／またはノズル１１０９の回転により、コア材料６０１の円周方向の塗布が行なわれる。一方、コア材料６０１は任意の適切なコア材料６０１であってよく、硬化を必要としない材料も含まれる。コア材料６０１は硬化材料であってもよく、硬化灯１１０７がコア材料６０１の硬化を促進または補助するのに適した熱および／または放射線を提供する。
【００２６】
図１１にさらに示すように、コア材料６０１に２組目のフープ繊維４０５を適用して、第２複合体層７０１を形成する。マンドレル４０３への繊維４０１の適用は、マンドレル４０３および形成されているタワー１０４の回転によるものでもよく、あるいはボビン１１０１またはボビン１１０１が取り付けられるその他の構造物の回転によって行なわれてもよい。第１複合体層５０１と同様に、繊維４０１は含浸またはマトリックス材料１１０３で被覆される。図示のように、マトリックス材料１１０３は、マトリックス材料タンク１１０５の内部のマトリックス材料に含浸することによって供給することができる。図示していないが、さらなるマトリックス材料１１０３をフープ繊維４０５に供給してもよい。硬化灯１１０７は、第２複合体層７０１の硬化を促進および／または補助するための熱および／または放射線を提供する。第１複合体層５０１、コア材料６０１、および第２複合体層７０１の層構造が、実質的にタワー１０４を形成する。さらなる層（図１１には図示せず）も追加することができる。例えば、塗料またはエポキシ材料から製造された外部風化層を第２複合体層７０１に塗布してもよい。さらに、第１複合体層７０１の内面に、塗料またはその他の材料を含む内層を塗布してもよい。さらなる機械特性のために、補強層または障壁層などの追加層も形成することができる。
【００２７】
図１２は本開示の代替実施形態を示しており、同軸内部マンドレル４０３’すなわち第１マンドレル部および外部マンドレル４０３”すなわち第２マンドレル部を有するマンドレル４０３の部分正面図である。内部マンドレル４０３’と外部マンドレル４０３”の間に複合体形成空間１２０２が存在し、複合体が形成される領域が含まれる。マンドレル４０３は、互いに対して移動できるように構成された複数のマンドレルパッド１２０１を含んで配置される。マンドレルパッド１２０１は、摺動可能でマンドレルパッド１２０１を移動させることができる噛合部材１２０３を有する。噛合部材１２０３はさらに、タワー１０４が形成される時に、複合体タワー１０４との密封かつ連続接触をもたらす。マンドレルパッド１２０１が互いに近づくにつれて、マンドレル４０３の中心線１２０４に対する直径が小さくなる。中心線１２０４は、同軸内部マンドレル４０３’および外部マンドレル４０３”を有する円筒マンドレル４０３の中心である。内部マンドレル４０３’および外部マンドレル４０３”は、マンドレル４０３に関して上述したように、マトリックス材料１１０３の硬化を促進または補助するための加熱装置または放射線ランプなどの構造物を備えてもよい。
【００２８】
内部マンドレル４０３’および外部マンドレル４０３”は、さまざまな独立した割合で、拡大（すなわち、マンドレパッド１２０１が互いから離れるように付勢される）してもよく、あるいは縮小（すなわち、マンドレルパッド１２０１が互いに近づくように付勢される）してもよい。内部マンドレル４０３’および外部マンドレル４０３”の作動は、電気モータ構成、油圧モータ構成、および／または機械アセンブリを含むがこれらに限らない、当該技術において周知の任意の作動方法によって行なうことができる。内部マンドレル４０３’および外部マンドレル４０３”のそのような独立作動により、複合体形成空間１２０２の内部の複合体材料に圧力を加えることができる。そのような圧力が空隙形成を減少させ、望ましい機械特性を有する複合体を提供する。また、独立作動により、マンドレル４０３は選択的に複合体を放出したり、前進して連続工程を行なったりすることもできる。例えば、複合体形成空間１２０２内の複合体の一部を硬化させる際に、内部マンドレル４０３’を収縮（すなわち、直径を減少）させても、外部マンドレル４０３”を膨張（すなわち、直径を増加）させてもよく、マンドレル４０３を中心軸１２０４に沿う方向に前進させて、さらなる複合材料を形成することができる。そのような連続工程により、高いタワー１０４を形成することができる。また、内部マンドレル４０３’および外部マンドレル４０３”の独立作動により、形成された複合体の厚さとタワー１０４の全径を変更および制御することができる。図２および図３に関して上述したように、テーパ形状によって、風力タービン１００に所望の機械および作動特性が提供される。
【００２９】
図１３は、１３−１３方向から見た図１２のマンドレル４０３を示す。マンドレル４０３は、図１２に関して図示および上述した内部マンドレル４０３’および外部マンドレル４０３”を有する。図１３はさらに、形成されている複合体タワー１０４を示す。図示のように、複合体タワーは、第１複合体層５０１と、コア材料６０１と、第２複合体層７０１とを有する。長手方向繊維４０５およびフープ繊維４０７（図１３には図示せず）をマンドレル４０３の複合体形成部分１３０１に適用して、第１複合体層５０１および第２複合体層７０１を形成する。ノズル１１０９またはその他の装置（図１３には図示せず）を利用して、コア材料６０１を提供することができる。また、内部マンドレル４０３’および外部マンドレル４０３”は加熱または放射線ランプを設けることによって、複合体を形成するマトリックス材料１１０３の硬化を促進または補助することができる。外部マンドレル４０３”は、必要に応じてさらなるマトリックス材料を供給するために、任意で樹脂注入口１３０３を備えてもよい。好ましくは、硬化ゾーン１３０５を介して内部マンドレル４０３’および外部マンドレル４０３”によって、熱と圧力が加えられる。硬化ゾーン１３０５は、均一または不均一な熱および／または圧力を含み得る。例えば、硬化ゾーン１３０５は、複合体の長さに沿った温度の上昇があってもよく、その複合体が硬化して、実質的に空隙がなく、所望の機械特性を備える硬化製品が形成される。形成された複合体タワー１０４は、必要に応じて、風力タービンの設置前に塗装または被覆してもよい。
【００３０】
図１４は、本開示による編み工程を用いた代替的なタワー形成装置１１００を示す。図示のように、マンドレル４０３は、繊維供給リング１４０１の中心軸１２０４に沿って前進する。繊維供給リング１４０１は、好ましくは、繊維４０１を供給する複数のボビン１１０１を有する。繊維４０１には、マトリックス材料１１０３を被覆、含浸、または他の方法で供給することができる。繊維４０１が供給され、マンドレル４０３上に三軸繊維編物として織られて、第１複合体層５０１または第２複合体層７０１を形成する。追加層を形成するために、さらなる材料またはさらなる繊維供給リング１４０１を提供してもよい。複合体層５０１、７０１は、硬化灯１１０７（図１４には図示せず）によって、あるいはその他の熱または放射線供給装置によって硬化させてもよい。
【００３１】
図１５は、本開示による代替的なタワー形成装置１１００を示す。図１５に示す構成は引抜成形型工程であり、繊維４０１がマンドレル４０３に供給され、加熱ダイ１５０１から引き抜かれて、完成複合体が形成される。図示のように、マンドレル４０３が中心軸１２０４に沿って前進して、長手方向繊維４０５およびフープ繊維４０７がボビン１１０１によってマンドレル４０３に供給される。繊維４０１の構成は複数の層（例えば、コア材料６０１）を含んでもよく、あるいはその他の織物または編物構造を含んでもよい。さらに、繊維４０１は、ダイ１５０１から引き抜く前に、マトリックス材料１１０３（図１５には図示せず）を被覆またはその他の方法で供給してもよい。ダイ１５０１は、好ましくは、複合体を硬化させ、複合体タワー１０４を形成するのに十分な熱と圧力を繊維４０１およびマトリックス材料１１０３に加える。
【００３２】
図１６は、本開示の別の実施形態によるマンドレル４０３を示す。この実施形態において、マンドレル４０３は、マトリックス材料の硬化を促進または補助するのに十分な加熱を行なう加熱装置を有する。マンドレル４０３は、中心軸１２０４に沿って配向されたセンターシャフト１６０１を有する。センターシャフト１６０１から、複数の支持アーム１６０３が延在する。支持アーム１６０３の先端部に、軸受１６０５が配置される。軸受１６０５は、誘導テープ１６０７を受け取り、軸受１６０５上または中に誘導テープ１６０７を通すことができるローラ、ガイド、および／またはその他の構造物を有する。限定されてはいないが、誘導テープ１６０７は、好ましくは、鉄または鉄合金等の高い透磁率を有する金属テープである。支持アーム１６０３および軸受１６０５の配置により、マンドレル４０３の外周の周りの螺旋経路に誘導テープ１６０７を案内する。誘導テープ１６０７はさらにマンドレル４０３の端部から出て、一組の駆動輪１６０９によって駆動される。駆動輪１６０９は、誘導テープ１６０７を方向１６０８に循環させる。誘導テープ１６０７の循環の際、誘導テープ１６０７は電磁石１６１１内に案内されて、交流（ＡＣ）が供給される。電磁石１６１１は、誘導加熱によって誘導テープ１６０７を加熱する。加熱された誘導テープ１６０７は、誘導テープ１６０７が第１複合体層５０１に接触または近接して設けられる、マンドレルの外周に沿った螺旋経路に沿って循環する。誘導テープ１６０７からの熱は、第１複合体層５０１の内部のマトリックス材料を加熱し、その硬化を促進または補助する。誘導テープ１６０７が循環する際に、マンドレル４０３を、中心軸１２０４に沿ってさらなる複合材料を加熱および形成する方向に前進させてもよい。上述のように、本発明は単一の複合体層に限定されるものではなく、コア材料６０１やさらなる補強複合体層を含む複数の層を包含することができる。さらに、本開示は図１６に示す構成に限定されるものではなく、誘導テープ１６０７の誘導成分または誘導経路の代替的な構成を包含してもよい。例えば、同様の構成を利用して、マンドレルパッド１２０１内または上の誘導テープ１６０７によって図１２および図１３に示す外部マンドレル４０３”を加熱することができる。
【００３３】
図１７は本開示の代替的な実施形態を示しており、複数のマンドレル４０３を利用して同時にタワー１０４を形成する。マンドレル４０３には、ボビン１１０１を介して長手方向繊維４０５およびフープ繊維４０７が供給される。上述のように、図１７は長手方向繊維４０５およびフープ繊維４０７の単なる例を示しているが、好ましくはマンドレル４０３の周りの円周方向に複数の繊維４０５、４０７が存在する。所望の複合体構造物を形成するために、十分な数の繊維４０５、４０７が適用される。マンドレル４０３は、中心軸１２０４に沿って反対方向に前進する。図示のように、マンドレル４０３の間にある形成されたタワー１０４と形成予定のタワー１７０１はテーパを有する。複数のマンドレル４０３を利用することによって、個々のマンドレル４０３の直径変動の必要性を低減することができる。すなわち、大きなマンドレル４０３は形成予定の大きなタワー１７０１に使用することができ、小さなマンドレル４０３は形成予定の小さなタワー１７０１に使用することができる。タワー１０４の形成を助長または促進する、その他の構成のマンドレル４０３も使用することができる。
【００３４】
図１８は、複合体タワー１０４の現場組立システムの平面図を示す。このシステムは、タワー１０４が形成される可動位置に配置された内部マンドレル４０３’および外部マンドレル４０３”を有する。図示のように、複数の供給トラック１８０１を設けて、繊維４０１およびマトリックス材料を供給してもよい。図示の構成では、供給トラック１８０１によって長手方向繊維４０５が供給され、繊維管理構造１８０３によって分離されて案内される。同様に、供給トラック１８０１によってフープ繊維４０７が供給され、繊維管理構造１８０３によって分離されて案内される。長手方向繊維４０５およびフープ繊維４０７がマンドレル４０３に供給され、供給トラック１８０１のマトリックス材料供給管１８０５からマトリックス材料が繊維４０１に塗布される。マトリックス材料の硬化を促進するために、硬化灯１１０７またはその他の加熱または硬化装置（図１８には図示せず）が配置される。このシステムは、タワー１０４が形成される際、形成予定のタワー１０４をさらに長くすることができるように調整される。例えば、マンドレル４０３を前進させてもよく、あるいはタワーをマンドレル４０３から取り出す、すなわち引き抜いてもよい。本開示は図示の構成に限定されるものではなく、現場で繊維およびマトリックス材料を供給することができる任意の構成を包含することができる。
【００３５】
好適な実施形態に関連して本発明を説明してきたが、本発明の範疇から逸脱することなく本発明には様々な改変が可能であることが、当業者には理解できよう。さらに、本発明の本質から逸脱することなく、本発明の教示内容について記載されている特定の状況または構成要素に様々な変更を加えることができる。従って、本発明は、本発明の実施に最適として開示した実施形態に限らず、添付の特許請求の範囲の範疇にあるあらゆる実施形態を包含するものとする。
【図１】
2009203983.tif 000003
【図２】
2009203983.tif 000004
【図３】
2009203983.tif 000005
【図４】
2009203983.tif 000006
【図５】
2009203983.tif 000007
【図６】
2009203983.tif 000008
【図７】
2009203983.tif 000009
【図８】
2009203983.tif 000010
【図９】
2009203983.tif 000011
【図１０】
2009203983.tif 000012
【図１１】
2009203983.tif 000013
【図１２】
2009203983.tif 000014
【図１３】
2009203983.tif 000015
【図１４】
2009203983.tif 000016
【図１５】
2009203983.tif 000017
【図１６】
2009203983.tif 000018
【図１７】
2009203983.tif 000019
【図１８】
2009203983.tif 000020