JP2011163349A - 横軸風車のブレード - Google Patents

Abstract

【課題】 この発明は、風力発電機などにおける横軸風車のブレードに係り、破壊されても、他に危害の生じにくく安全で、交換が容易に出来、かつ軽量で安価な横軸風車のブレードを提供する。
【解決手段】 横軸風車の揚力型ブレード３において、全体を発泡合成樹脂成形体３Ｃからなるものとし、その表面に、熱可塑性合成樹脂被覆材からなる被覆層５を形成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、風力発電機等に使用する横軸風車のブレードに係り、特に強風の時等において、ブレードに破損が生じても、人や物品への被害を最小限にし得る安全な横軸風車のブレードに関する。

従来、風力発電機に使用される、横軸風車のロータにおけるブレードは、経方向の長さが10ｍとか30ｍというような、大きなものである。経方向の長さが長いので、強風時に折損する虞があり、台風時に折損したブレードも散見されている。
そのため、折損しないようにブレードを硬質のものとしているが、重量が大となっている。ブレードを金属で形成したものも、例えば特許文献１等で開示されている。

特開２００５−３０３７５号公報

従来の風力発電機における横軸風車のブレードは、強風対策として頑強に形成されている。そのため、ブレードの材質は硬質のものとなり、重量が重くなって回転効率が悪化している。
硬質で長尺のブレードは、熱や寒さにより伸縮が生じて、歪みが出やすいという難点があり、歪みが生じると回転効率は低下し、また強風を受けた時に、ブレードが受ける力のバランスが崩れて、折損率が高まる。
従来のブレードは、剛性の追求に終始し、製造コストの高いものになっている。もし、強風時に、ブレードが破壊されずに回転速度が高まると、ブレーキが効かなくなり、発電機が過回転をして焼け、風車の回転が制御不能となり、風車自体が破壊に至ることがある。
ブレードが破損すると、損失は大であり、また高所での交換等に費用がかる。もし、風車の効率が悪く、設置した風車の費用償却が出来ないのに、風車が風で破壊されては、修理費用の捻出が困難である。そのためか、放置されたままの風車も多く見受けられる。
発想を逆にし、もし、強風の時に、安全に横軸風車のブレードのみが破壊されれば、ブレードの破壊だけですみ、風車の被害は最小限に留まり、また最小限のコストで修理して、運転を再開することができる。
本発明は、このような観点に基づき、強風では壊れ易く、しかし壊れても、他に危害を及ぼすことなく安全であり、かつ軽量で安価で、しかも交換が容易な横軸風車のブレードを提供することを目的としている。

この発明の具体的な内容は、次の通りである。

（１） 横軸風車のロータにおける揚力型ブレードにおいて、全体を発泡合成樹脂成形体からなるものとし、かつその表面に、熱可塑性合成樹脂被覆材からなる被覆層を形成した横軸風車のブレード。

（２） 前記熱可塑性合成樹脂被覆材は、ポリ塩化ビニール樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ナイロン樹脂から選択される前記（1）に記載の横軸風車のブレード。

（３） 前記被覆層は、ブレードの傾斜部においては、ＦＲＰとした前記（1）または（2）に記載の横軸風車のブレード。

（４） 前記揚力型ブレードは、内部に翼長方向に長く合成樹脂の支持骨を埋設し、その主材樹脂として、不飽和ポリエステル樹脂、ビニールエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂の中から選択される弾性合性樹脂で成形される前記（1）〜（3）のいずれかに記載の横軸風車のブレード。

（５） 前記揚力型ブレードにおける翼厚の薄い部分は、周囲よりも低発泡率の低発泡合成樹脂成形体とした前記（1）〜（4）のいずれかに記載の横軸風車のブレード。

本発明によると、次のような効果が奏せられる。

前記（1）に記載のブレードは、全体を発泡合成樹脂成形体で形成しているので、安価で軽量であり、台風などで飛来した物体により破損しても、破片により他に被害を与える虞は小さい。
ブレードは、表面を弾力性をもつ被覆層で保護しているので、破損しにくい。仮に破損しても、被覆層が破断しにくく、ブレードの破片が遠方へ飛散しにくい。
材料は安価であり、破壊しても、低額の費用での交換ができるため、トータル的な保守管理コストを低く維持することができる。

前記（2）に記載のブレードは、表面をポリスチレン樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ナイロン樹脂から選択される熱可塑性合成樹脂被覆材で被覆しているので、被覆層が弾力性を有し、ブレードが強風などで折損しても破断しにくく、破片が飛散しにくい。

前記（3）に記載のブレードは、傾斜部の被覆層をＦＲＰとしたので、翼厚が薄い部分での強度が強化される。

前記（4）に記載のブレードは、内部に合成樹脂の支持骨を埋設し、支持骨の材質として、不飽和ポリエステル樹脂、ビニールエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂の中から選択される弾性合成樹脂を使用したので、ブレードは強い衝撃にも折損しにくく、折損しても形状の変化だけで、ブレードの破片が飛散する虞が小さい。

前記（5）に記載のブレードは、翼厚の薄い部分は、周囲よりも低発泡率の低発泡合成樹脂成形体で形成されているので、後縁部など厚みの薄い部分に衝撃がかかっても、破損しにくい。

横軸風車のロータにおける、揚力型ブレードの全体を、発泡合成樹脂成形体で形成し、その表面に熱可塑性合成樹脂被覆材からなる被覆層を形成する。

本発明の実施例を、図面を参照して説明する。図１は本発明に係る、揚力型の横軸風車のブレード（以下、ブレードという）の縦断正面図、図２は支持骨の側面図で、図３は図１におけるIII−III線横断平面図である。

横軸風車のロータ１におけるハブ２の周面に、放射方向へ向いて複数（図では２枚）のブレード３が突設されている。
ブレード３の翼端を上向きとした状態の、正面視における前縁３ａから後縁３ｂへかけての、弦方向の中央部内に、経長の支持骨４が埋設され、ブレード３全体は、発泡合成樹脂成形体３Ｃで形成されている。

支持骨４は、図２に示すように、ブレード３の翼厚に合わせて、あらかじめＦＲＰで成形されており、経方向に長い主部４Ａの翼端部は、内方、すなわち図２の左側に傾斜する傾斜部４Ｂとしている。

支持骨４は、別体のハブ２の周面に設けた、図示しない嵌装孔に、支持骨４の基端部を嵌着するか、ハブ２と一体成形されている。一体成形とすると、精度と強度が向上する。

ＦＲＰに使用される繊維強化材としては、カーボン繊維、ガラス繊維など無機質繊維が使用され、常温での引張伸率が、破断時に30％以上具備していることが望ましい。
ただし、必要に応じて、ナイロンその他の有機質繊維を使用することができる。

ＦＲＰに使用される合成樹脂は、硬質な合成樹脂よりも、弾性合成樹脂が好ましい。弾性合成樹脂の単体としては、常温での引張伸率が、破断時に35％以上になるものが好ましい。

前記支持骨４に使用される弾性合成樹脂は、不飽和ポリエステル樹脂、ビニールエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂の中から選択される。
ブレード３の、全体を形成する発泡合成樹脂成形体３Ｃの材質としては、スチロールその他の樹脂で、発泡倍率が60倍〜90倍であることが好ましい。

このように成形したブレード３の、発泡合成樹脂成形体３Ｃの表面全体を、熱収縮する熱可塑性合成樹脂被覆材で被覆し、被覆層５としている。被覆材としては、合成樹脂を塗着するほか、それら合成樹脂のフィルムやチューブも使用される。

前記、熱可塑性合成樹脂被覆材としては、例えばポリ塩化ビニール、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン等から選択される。
フイルムを使用する場合には、フィルムの厚さは、使用するブレード３の大きさ等により異なるが、通常0.1mm〜0.7mmの厚みのものが使用される。

フイルムを使用する場合に、その一面に熱溶融性接着剤層を形成しておき、その層を内側として、ブレード３の発泡合成樹脂成形体３Ｃの表面に重ね、外から加熱し、熱溶融性接着剤層を、溶融することにより接着させる。

熱溶融性接着剤は、常温では粘着性はないが、例えば60℃以上に加熱すると、熱により溶融して粘着性が発現するものである。冷めると硬化し収縮して、被覆材をブレード３の発泡合成樹脂成形体３Ｃの表面に接着させる。

図１において、未完成のブレード３の、主部３Ａにおける発泡合成樹脂成形体３Ｃの表面に、前記熱可塑性合成樹脂被覆材層を、刷毛或いは吹付けなどの手段で形成し、その表面から加熱することにより、熱可塑性合成樹脂被覆材層を溶融させ、接着させることができる。

なお、前記支持骨４は、経方向に１本が示されているが、弦長の長いブレード３においては、これを２本或いは３本とすることがある。
当然に、経の支持骨４に対して、図示しない横方向の支持横骨４Ｃの複数を、経方向で段状に配し、連結固定しておくことができ、またブレード３の寸法により、支持骨４を設けないこともある。

以上のように形成された揚力型ブレード３は、軽量であり、低風速でも回転性に優れている。また材料が安価であるので、破損しても、低費用で容易に交換することができ、保守管理のトータルコストを、安価に維持することができる。

台風などの強風時においても、ブレード３は支持骨４を備えているので、折損しにくい。仮にブレード３が折損した時でも、表面に被覆層５があるため、ブレード３の破片が他所へ飛散しにくく、他への二次的被害が生じにくい。
支持骨４を、弾性合成樹脂からなるＦＲＰで成形すると、ブレード３に強い衝撃が当っても、妄りに折損することはない。

図４は、本発明の横軸風車のブレード１の実施例２を示す正面図である。このブレード３は、支持骨４もＦＲＰで形成されており、かつ、支持骨４の基部の厚さは厚く、先端方向へ次第に細くされている。

前例と同様に、支持骨４を中心にして、ブレード３の全体は、発泡合成樹脂成形体３Ｃで形成される。
ブレード３に対する被覆層５の形成は、前例と同じであり、傾斜部３Ｂの部分については、強度の強化のために、ＦＲＰの被覆層５Ａを形成してある。

図５は、本発明のブレード３の最大弦長部分の横断平面図である。この実施例３のブレード３は、後縁３ｂ部分の翼厚の薄い部分を、周囲よりも発泡倍率の低い、低発泡合成樹脂成形体３Ｄで形成したものである。

これによって、ブレード３における、翼厚の薄い部分の強度が高められており、飛来物などの衝撃を受けても、破損しにくい。これは、図１のブレード３や、傾斜部３Ｂにおいても同様である。

この発明のブレードは、風力発電機用その他の風車に、適用することができる。

本発明の横軸風車のブレードの正面図である。 支持骨の側面図である。 図１におけるIII−III線横断平面図である。 本発明の横軸風車のブレードの実施例２の正面図である。 本発明の横軸風車のブレードの実施例３の横断平面図である。

１．横軸風車のロータ
２．ハブ
３．ブレード
３Ａ．主部
３Ｂ．傾斜部
３Ｃ．発泡合成樹脂成形体
３Ｄ．低発泡合成樹脂成形体
３ａ．前縁
３ｂ．後縁
４．支持骨
４Ａ．主部
４Ｂ．傾斜部
４Ｃ．支持横骨
５．被覆層
５Ａ．ＦＲＰの被覆層

Claims (5)

1. 横軸風車の揚力型ブレードにおいて、全体を発泡合成樹脂成形体からなるものとし、その表面に、熱可塑性合成樹脂被覆材からなる被覆層を形成したことを特徴とする横軸風車のブレード。
2. 前記熱可塑性合成樹脂被覆材は、ポリ塩化ビニール樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ナイロン樹脂から選択されることを特徴とする請求項１に記載の横軸風車のブレード。
3. 前記被覆層は、ブレードの傾斜部においてはＦＲＰとしたことを特徴とする請求項１または２に記載の横軸風車のブレード。
4. 前記揚力型ブレードは、内部に翼長方向に長く合成樹脂の支持骨を埋設し、その主材樹脂として、不飽和ポリエステル樹脂、ビニールエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂の中から選択される弾性合性樹脂で成形されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の横軸風車のブレード。
5. 前記揚力型ブレードにおける翼厚の薄い部分は、周囲よりも低発泡率の低発泡合成樹脂成形体としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の横軸風車のブレード。
   

Images