JP2005048765A - 風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】翼の帯電と翼の後方側に存在する空間電荷雲とに起因する翼の劣化を防止し、さらには、翼への落雷を効果的に防止する。
【解決手段】風力発電装置１のナセル３に回転自在に支持された翼４の後方側に存在する空間電荷雲Ｘと翼４との除電を行なう除電手段７を備える。さらに、翼４への落雷を防止するために、電離イオンの上向きストリーマを発生させる捕雷装置８を備える。また、必要に応じて翼４の前方側で、自己放電能力を有する放電凧９を掲揚する。
【選択図】図１

Description

本発明は、風力発電装置に関し、特に、翼の劣化や避雷のための方策を採った風力発電装置に関する。

風力発電装置としては、発電機を内蔵するナセルに翼（ブレード）を回転自在に支持し、風力による翼の回転エネルギーを発電機により発電エネルギーに変換するものが一般に知られている。（例えば特許文献１を参照）。そして、この種の風力発電装置では、その翼に落雷するのをできるだけ回避するために、翼の材質としてＧＦＲＰなどの絶縁体が用いられている。
特開平５−１６４０３７号公報

ところで、特に日本海側の地域の沿岸部に配置された風力発電装置は、冬季に翼の劣化が生じやすいという現象が本願発明者等により確認された。さらに、これらの地域では、翼を絶縁体により形成し、また、避雷針をナセルなどに設置しているにもかかわらず、特に冬季には、雷雲からの落雷が翼に対して生じることが多々あるということが本願発明者等により確認された。

そこで、本願発明者等は、その原因を解明すべく鋭意努力した結果、次のことが判明した。すなわち、日本海側の地域の沿岸部では、冬季には、雪片、水滴等の浮遊物を多く含む強い季節風が、風力発電装置の翼に衝突することで、翼と雪片等の浮遊物との間の衝突摩擦によって、翼と浮遊物との両者が帯電する。そして、帯電した浮遊物の一部は、翼の後方側で該翼に比較的近い箇所に、比較的電荷密度の高い部分である空間電荷雲（帯電した浮遊物の群）を形成する。特に、強い季節風が発生しているときは、一般に翼の破損などを防止するために、翼の回転が停止されており、このような状態では、翼の後方側に空間電荷雲が形成されやすい。そして、このような状態では、翼の後方の空間電荷雲と翼との間で空間放電が発生したり、翼からその周囲の空間に対して空間放電が発生し、これが翼の劣化を促進する要因となっていた。また、翼の周辺で空間放電が発生することで、翼の周囲の空間に空気の電離イオンが生成される。そして、その電離イオンと翼の後方の空間電荷雲とのうちの雷雲の雲底の蓄積電荷と逆極性の電荷は、雷雲の接近に伴う電界（雷電界）によって上昇しつつ上向きストリーマ（空気の絶縁破壊による電離が上向きに進行していく現象）を形成し、それが落雷を風力発電装置の翼に導く要因となっていた。

本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、翼の帯電と翼の後方側に存在する空間電荷雲とに起因する翼の劣化を防止し、さらには、翼への落雷を効果的に防止できる風力発電装置を提供することを目的とする。

本発明の風力発電装置の第１発明は、かかる目的を達成するために、ナセルに回転自在に支持された翼を風力により回転させ、その回転エネルギーにより発電を行なう風力発電装置において、前記翼の後方側で該翼の近傍に存在する空間電荷雲と前記翼とのうちの少なくともいずれか一方の除電を行なう除電手段を備えたことを特徴とする。なお、この第１発明において、「翼の後方側」というのは、概ね、翼の先端部の真後ろの箇所から翼の回転軸の径方向に該回転軸から離れる向きに延在する箇所を意味している。

かかる第１発明によれば、翼の後方側で該翼の近傍に存在する空間電荷雲と、翼との除電を行なう除電手段を備えたので、翼の前方から吹く強い風によって、翼が帯電したり、翼の後方側に空間電荷雲（風に含まれる、帯電した雪片等の浮遊物の群）が形成されても、その翼および空間電荷雲のうちの少なくともいずれか一方の除電（電荷の中和）をすることができる。このため、翼と空間電荷雲との間で空間放電が発生したり、翼からその周囲に空間放電が発生するのを防止することができる。その結果、翼の劣化を抑制することができる。なお、ここで、「除電」とは、電荷を完全に０にすることではなく、実害が出ない程度までに電荷を除くということである。

かかる本発明では、前記除電手段は、前記空間電荷雲の除電を行なう除電手段と、前記翼の除電を行なう除電手段とを各別に備えることが好ましい（第２発明）。これによれば、空間電荷雲の除電と翼の除電とを、それぞれに適した箇所から行なうことができるので、それらの除電をより確実に行なうことができる。

本発明では、前記除電手段としては、例えばＸ線型除電装置、レーザ光線型除電装置、イオン流噴射型上電装置、コロナ放電型除電装置などが挙げられ、いずれの除電装置を使用してもよく、あるいは、それらを組み合わせて備えてもよい。あるいは、これらの除電装置以外に、電源を必要としない除電手段を使用することもできる。

例えば前記空間電荷雲に近接した位置で前記ナセルに設置された導電性繊維からなる放電機能部材を除電手段の構成要素として備えるようにして、この放電機能部材と前記空間電荷層との間で空間放電を発生させることにより該空間電荷層を除電するようにしてもよい（第３発明）。なお、導電性繊維から成る放電機能部材は、その帯電によって自己放電を生じやすい部材であり、その例としては、サンダーロン（登録商標）、セルメック（登録商標）などが挙げられる。

かかる第３発明によれば、空間電荷雲を除電するための除電手段を安価に構成することができる。なお、上記した種々の除電装置と放電機能部材とを併用して除電手段を構成してもよいことはもちろんである。

また、前記第１〜第３発明では、少なくとも前記翼の表面を導体と絶縁体との中間の電荷拡散性を有する材料により形成することが好ましい（第４発明）。ここで、導体と絶縁体との中間の電荷拡散性は、導体よりも電流が流れ難く、且つ絶縁体よりも電流が流れやすい性質であり、カーボン系の帯電防止材等が挙げられる。この場合、翼の表面抵抗（単位面積当たりの抵抗）は、１０^４Ω／ｍ^２よりも大きく、１０^１０Ω／ｍ^２よりも小さいこと（好ましくは１０^６Ω／ｍ^２〜１０^８Ω／ｍ^２）が望ましい。

このように導体と絶縁体との中間の電荷拡散性を有する材料により、翼の表面を形成することで、翼の帯電と、その後方側の空間電荷雲の形成とが発生しても、翼と空間電荷雲との間の電気力線が、翼の一部分に集中するような事態が防止される。その結果、翼からの放電が生じ難くなって、翼の劣化の抑制効果を高めることができる。

前記除電手段は、翼とその近傍の前記空間電荷雲を中和する電離イオンを発生させるので、雷雲が接近したときに、その電離イオンの上向きストリーマを発生させる要因となって、落雷を翼側に誘導するおそれがある。そこで、前記第１〜第４発明では、少なくとも雷雲の発生状態で、空気の電離イオンの上向きストリーマを発生させ、その上向きストリーマによって、接地された導体の針体に落雷を導く捕雷装置を前記ナセルに取り付けておくことが好ましい（第５発明）。

前記捕雷装置をナセルに取り付けておくことで、落雷を捕雷装置に誘導して、翼に落雷するのを防止することが可能となる。

この第５発明における前記捕雷装置は、少なくとも雷雲の発生状態で、上方に向かって延びる電離イオンの流れを連続的に生成する手段を備えることが好適である（第６発明）。

これによれば、上方に向かって延びる電離イオンの流れを連続的に生成するので、雷雲が接近したとき、雷雲と大地との間の雷電界によって即座に上向きストリーマが発生して雷雲に向かって進行するので、雷雲からの下降ストリーマをほぼ確実に捕雷装置が発生する上向きストリーマに誘導し、該捕雷装置の針体に落雷を生じさせることができる。

なお、上記のように上方に向かって延びる電離イオンの流れを連続的に生成する手段は、例えばＸ線（好ましくは軟Ｘ線）や、紫外線、レーザ光等を連続的に上方に向かって放射する手段によって構成できる。

また、前記第１〜第６発明では、さらに、導体からなるロープで大地と連結された自己放電能力を有する凧状の放電凧を、翼が上下方向に延在するときの該翼の先端の最大高さよりも高い高さで翼の前方に掲揚させるようにしてもよい（第８発明）。

これによれば、放電凧は、自己放電能力を有するので（帯電によって自己放電を生じやすい性質を有するので）、風に含まれる浮遊物と放電凧との衝突摩擦などによって、周囲の空間に対して自己放電を容易に発生する。そして、その自己放電によって、放電凧の周囲に空気の電離イオンが生成される。この場合、放電凧は、翼が上下方向に延在するときの該翼の先端の最大高さよりも高い高さで翼の前方に掲揚させるので、雷雲から発生する下降ストリーマが放電凧の周囲から生じる上向きストリーマに誘導される。このため、前記捕雷装置による落雷の誘導が失敗したような場合であっても、翼よりも、放電凧に落雷が生じる可能性が高い。従って、翼への落雷を防止できる。

本発明の第１実施形態を図１〜図３を参照して説明する。図１は本実施形態の風力発電装置を側面視で模式的に示す図、図２は図１のＩＩ矢視図、図３は本実施形態の風力発電装置に備えた捕雷装置の概略構成を示す縦断面図である。

図１および図２を参照して、本実施形態の風力発電装置１は、地面に立設された支柱２と、この支柱２上に固設されたナセル３と、複数の翼４（ブレード）とを備えている。翼４の個数は例えば３個である。これらの翼４は、ナセル３に図示しないベアリングを介して回転自在に軸支されたハブ５の周囲に等角度間隔で放射状に配置されている。そして、各翼４は、そのハブ５寄りの端部である翼根部４ａがハブ５に接合・固定され、このハブ５を介してナセル３に回転自在に支持されている。これらの翼４は、その前方（図１の左側）から吹く風によって回転し、その回転エネルギーをナセル３に内蔵された図示しない発電機に伝達することで、該発電機の発電運転が行なわれるようになっている。

各翼４の翼根部４ａは、翼４をハブ５に支えるために高剛性の金属により形成されているが、この翼根部４ａと該翼４の表面とを除く部分はＧＦＲＰなどの絶縁体により形成されている。なお、各翼４には、通常の風力発電装置で翼の先端部にしばしば装着される導体からなる雷レセプタは装着されていない。

各翼４の表面は、カーボン系の帯電防止剤によりコーティングされており、その表面の単位面積当たりの抵抗は、約１０^８Ω／ｍ^２となっている。ここで金属などの導体の表面抵抗は１０^４Ω／ｍ^２以下であり、ＧＦＲＰなどの絶縁体の表面抵抗は１０^１０Ω／ｍ^２以上である。従って、各翼４の表面の単位面積当たりの抵抗は、導体と絶縁体との中間の抵抗値を有するものとなっている。これにより、各翼４の表面は、導体と絶縁体の中間の電荷拡散性（導体よりも電荷が流れ難く、且つ絶縁体よりも電荷が流れやすい性質）を有するものとなっている。

風力発電装置１はさらに、除電手段７と、捕雷装置８と、放電凧９とを備えている。除電手段７は、翼４の除電を行なうための除電装置７ａと、翼４の後方側に形成される空間電荷雲Ｘ（図１に代表的に点描部で例示する）の除電を行なうための除電装置７ｂとから構成されている。これらの除電装置７ａ，７ｂは、空気を電離させることで生成される正負の電離イオンによって、除電対象の電荷を中和するものである。この種の除電装置としては、Ｘ線型除電装置、紫外線型除電装置、レーザ光線型除電装置、イオン流噴射型除電装置、コロナ放電型除電装置などが一般に知られているが、本実施形態では、除電装置７ａ，７ｂとして、Ｘ線型除電装置あるいは紫外線型除電装置を使用し、これらの除電装置７ａ，７ｂが、所定の箇所に向けてＸ線または紫外線を放射するようにナセル３上に固定設置されている。

ここで、翼４の除電を行なうための除電装置７ａは、図２に示す複数の所定箇所Ａに向かってＸ線または紫外線（図１に代表的に破線矢印Ｙａで示す）を放射することで、その所定箇所Ａ（より詳しくは、所定箇所Ａを通るＸ線または紫外線の線沿いの箇所）に空気の電離イオンを生成するようにしている。それらの所定箇所Ａは、例えば回転を停止している各翼４の先端部寄りの箇所である。なお、図１では図示の便宜上、代表的に、最も上側の翼４に対応する所定箇所Ａのみを記載し、下側の翼４に対応する所定箇所Ａ（Ｘ線または紫外線の放射箇所）は省略している。補足すると、翼４などの除電が必要となるような強風下では、通常、風力発電装置１の翼４の回転は停止される。なお、除電装置７ａから放射されるＸ線または紫外線は、ある程度の広がりをもって放射されるので、翼４の所定箇所ＡのみにＸ線または紫外線が放射されるわけではなく、翼５の所定箇所Ａ以外の箇所にもＸ線または紫外線はある程度、当たるようになっている。

また、空間電荷雲Ｘの除電を行なう除電装置７ｂは、停止している各翼４の後方側で該翼４に近接した所定箇所Ｂ（図１参照）にＸ線または紫外線（図１に破線矢印Ｙｂで示す）を放射することで、その所定箇所Ｂ（より詳しくは、所定箇所Ｂを通るＸ線または紫外線の線沿いの箇所）に空気の電離イオンを生成するようにしている。なお、図１では、所定箇所Ｂは、代表的に、最も上側の翼４に対応する所定箇所Ｂのみを記載しているが、除電装置７ｂからＸ線またはレーザ光線を放射する箇所Ｂは、各翼４の後方側の箇所である（図２参照）。これらの各所定箇所Ｂは、翼４の回転停止状態で、翼４の前方から強い風が吹き付けるときに、帯電した浮遊物による空間電荷雲Ｘ（電荷密度が比較的大きい部分）が形成されやすいと予測される箇所であり、あらかじめ実験などに基づいて定められる。補足すると、翼４の前方から吹く風は、一般に、翼４の後方側でナセル３の径方向（翼４の回転軸に対して放射方向）に拡散する。このため、各所定箇所Ｂは、図１および図２に示す如く、概ね、各翼４の先端部の真後ろの箇所から、ナセル３の径方向で該ナセル３から離れる向きに延在する。

これらの除電装置７ａ，７ｂは、図示しない蓄電器あるいは風力発電装置１の外部の電源等からＸ線または紫外線の発生源（図示しない）の電源エネルギーが供給されるようになっている。そして、これらの除電装置７ａ，７ｂは、その運転が手動もしくは自動で開始される。除電装置７ａ，７ｂの運転を自動で開始する場合には、所定風速（例えば２５ｍ／秒）以上の風速の検知あるいは雷雲発生の検知に応じて除電装置７ａ，７ｂの運転を開始するようにすればよい。

なお、各箇所ＡへＸ線または紫外線の放射は、その箇所Ａ毎に、各別の除電装置から行なうようにしてもよい。また、各翼４の複数個所に除電装置からＸ線または紫外線を放射するようにしてもよい。また、空間電荷雲Ｘが形成される各箇所ＢへのＸ線または紫外線の放射は、その箇所Ｂ毎に、各別の除電装置から行なうようにしてもよい。また、翼４の後方側で形成されると予測される空間電荷雲Ｘの範囲や個数に応じて、該空間電荷雲Ｘの除電を行なうための除電装置の個数を適宜増やしてもよい。また、気象条件などに応じて複数の種類の除電装置を組み合わせて用い、除電したい各箇所に複数の除電装置によって電離イオンを生成させるようにしてもよい。

捕雷装置８（あるいは避雷装置）は、雷雲が発生したときに、上向きに延びる空気の電離イオンの群を生成しておき、それにより上向きストリーマを早期に発生させて、その上向きストリーマに雷雲からの下降ストリーマを導くことにより、捕雷装置８に備えた導電性の針体である捕雷針１０（これは金属などの導体から形成されている）に落雷させるようにしたものである。この捕雷装置８は、本実施形態では、雷雲が接近したとき（落雷が発生しそうな状況になったとき）に、例えばＸ線もしくは紫外線を連続的に上方に向かって放射することにより、そのＸ線または紫外線の線沿いに空気の電離イオン（上下方向に延びる電離イオンの流れ）を生成するようにしている。この捕雷装置８の概略構成を図３を参照して説明すると、上端が上方に向かって開口している有底筒状のハウジング１１内の底部に、Ｘ線または紫外線の発生源１２が収容され、図３の破線矢印Ｙｕで示す如く、発生源１２からハウジング１１の上端開口１１ａを介して上方に向かってＸ線または紫外線を放射するようにしている。なお、発生源１２には、図示しない蓄電器や風力発電装置１の外部の電源等から電源エネルギーが供給されるようになっている。ハウジング１１は、金属などの導体から成り、その上端から、ハウジング１１と導通する捕雷針１０が上方に向かって延設されている。また、ハウジング１１は、前記ナセル３および支柱２の内部を通って配線される導線ケーブル１３を介して大地に接地されている。

かかる構成の捕雷装置８の発生源１２から上方に向かってＸ線または紫外線を放射することで、上下方向に延びる空気の電離イオンの群が高所まで生成されるので、雷雲が接近したときには、生成された電離イオンのうち、雷雲と大地との間の電界（雷電界）の向きにより定まる極性（通常は、雲底の蓄積電荷と逆極性）の電離イオンが雷電界によって上昇しつつ連続的に上向きストリーマを発生する。この場合、捕雷装置８からのＸ線もしくは紫外線の放射（発生源１２の運転）は、雷雲の接近を適宜の検知手段で検知し、それに応じて自動的に開始するようにしてもよいが、手動操作によって開始するようにしてもよい。なお、本実施形態では捕雷装置８は、翼４からある程度離間させるために、ナセル３の後端部寄りの位置でナセル３に設置されている。

補足すると、本実施形態の捕雷装置８は、Ｘ線または紫外線を使用するものであるが、Ｘ線または紫外線の代わりに、例えばレーザ光線を使用するものであってもよい。あるいは、コロナ放電によって電離イオンを発生させ、それを加圧空気によって上方に向かって強制送風するようなものであってもよい。

前記放電凧９は、自己放電能力を有する材料から形成された凧状のものであり、導電性ロープ１４（導体からなるロープ）を介して大地に連結されている。放電凧９を形成する材料としては、本実施形態では、例えばサンダーロン（登録商標）、セルメック（登録商標）などの導電性繊維が使用されている。ここで、サンダーロンは、高分子化合物からなる合成繊維の表面に硫化銅アクリル酸化合物の薄膜層を形成したもので、セルメックは、高分子化合物からなる合成繊維の表面に銀もしくはアルミニウムの薄膜層を形成したものである。この種の導電性繊維は、その帯電によって空間放電を発生しやすいという性質（自己放電性）、すなわち放電機能部材としての性質を持っている。このような自己放電能力をもつ材料により形成された放電凧９は、本実施形態では、翼４からその前方側に約１０ｍ離れた箇所で、風力発電装置１の最上端（上下方向に向いた翼４の最上端）よりも高い高さまで掲揚される。放電凧９を除く風力発電装置１の最大高さは例えば約６０ｍであり、この場合、放電凧９は、例えば約１００ｍの高さまで掲揚することが好ましい。

補足すると、放電凧９は、自己放電能力ができるだけ高い材料で形成することが望ましく、例えば＋１．５ｋＶ以上の正極性、あるいは−３ｋＶ以下の負極性に帯電させた平板状の帯電体から３ｍｍ離れた位置に配置したときに、自己放電を発生するような材料で形成されていることが望ましい。

なお、通常の雷雲の雲底に蓄積する電荷の極性は負であると共に、多くの場合、その雲底から落雷の下降ストリーマが発生するので、放電凧９を形成する材料は、基本的には、その放電によって正のイオンを発生しやすいに材質のものを使用することが望ましい。但し、季節や地域によっては、雷雲の雲底に蓄積する電荷の極性が正になることがあり、そのような場合には、放電凧９を形成する材料は負のイオンを発生しやすい材質のものを使用することが望ましい。

以上のように構成された本実施形態の風力発電装置１では、特に、冬季に翼４の前方から吹き付ける強い風に含まれる雪片等の浮遊物と翼４との衝突摩擦によって、その浮遊物と翼４とが帯電する。また、このような強風下では、風力発電装置１の翼４の回転は停止される。そして、帯電した浮遊物の一部は、各翼４の後方側の箇所Ｂに電荷密度が比較的高い空間電荷雲Ｘ（帯電した浮遊物の群）を形成し、その空間電荷雲Ｘと翼４との間に電界が形成される。

このような状況では、除電装置７ａ，７ｂの運転が連続的に行なわれ、除電装置７ａから各翼４の所定箇所Ａを中心とする領域に向かってＸ線または紫外線が放射され、所定箇所Ａを含めてＸ線または紫外線の線沿いに空気の電離イオンが生成される。そして、生成された電離イオンにより各翼４が中和され、翼４の除電がなされる。

また、除電装置７ｂから各翼４の後方側の所定箇所Ｂに向かってＸ線または紫外線が放射され、所定箇所Ｂを含めてＸ線またはレーザ光線の線沿いに空気の電離イオンが生成される。そして、この各箇所Ｂに形成された空間電荷雲Ｘの電荷が電離イオンによって中和され、該空間電荷雲Ｘの除電がなされる。加えて、本実施形態では、翼４は、その表面が導体と絶縁体との中間の電荷拡散性を有するものであるため、その表面に部分的に空間電荷雲Ｘとの間の電気力線が集中することが避けられる（翼４の帯電電荷が部分的に集中するのが避けられる）。従って、翼４から空間放電が生じにくいものとなっている。

これにより、翼４と空間電荷雲Ｘとの間で空間放電が生じたりすることが効果的に抑制され、ひいては、翼４の劣化が防止される。このようにして、本実施形態では、翼４の帯電が生じたり、翼４の後方側に空間電荷雲Ｘが形成され易くなるような風が吹いている状況では、除電装置７ａ，７ｂを連続的に運転させることで、翼４とその後方の空間電荷雲Ｘの除電が行なわれる。なお、風の強さなどによっては、空間電荷雲Ｘがナセル３の径方向に速やかに拡散し、空間電荷雲Ｘの電荷密度がさほど高くならないような場合もある。このような場合には、除電装置７ｂの運転を行なわないようにしてもよい。

一方、前記除電装置７ａ，７ｂは空間放電を発生させて、空気の電離イオンを生成するものであるから、雷雲の発生時には、その電離イオンの一部が上向きストリーマを発生させることがある。しかるに、本実施形態では、雷雲が発生したときには、前記捕雷装置８のＸ線または紫外線の発生源１２を連続的に運転して、Ｘ線または紫外線を捕雷装置８の上方に向かって連続的に放射しておき、そのＸ線または紫外線沿いに、上下方向に延びる電離イオンの流れを形成しておく。さらに、本実施形態では、放電凧９を翼４の前方側で前記した如く掲揚させておく。ただし、放電凧９の掲揚は必須ではなく、雷電界が特に強い状況で掲揚させることが好ましい
このとき、前記捕雷装置８から放射されたＸ線または紫外線によって、その線沿い上下方向に延びる電離イオンの流れが高所まで連続的に生成されているので、その電離イオンの流れのうちの、雷電界の向きにより定まる極性の電離イオンは、雷雲の接近に伴う雷電界によって即座に上向きストリーマを発生させる。このため、雷雲から下降ストリーマが発生したときには、少なくとも翼４やその後側の空間電荷雲Ｘ付近から上向きストリーマが発生したとしても、それよりも先に捕雷装置８からの上向きストリーマが上昇している。従って、雷雲からの下降ストリーマは、ほぼ確実に捕雷装置８からの上向きストリーマに導かれる（捕雷装置８からの上向きストリーマに向かって下降ストリーマが発生する）。また、翼４は、その翼根部４ａと表面を除いて絶縁体であり、しかも、表面は導体よりも絶縁体に近いので、電流を導体のように簡単に通しやすいものではない。このため、落雷は、翼４に対して生じたりすることなく、捕雷装置８からの上向きストリーマに誘導されて捕雷措置８の捕雷針１０に対して生じ、該捕雷針１０を介して大地に落雷電流が流れる。

また、放電凧９を掲揚させたときには、この放電凧９が雷電界や風に含まれる帯電した雪片などの浮遊物との間の電界によって、周囲の空間に対して自己放電を生じる。なお、雷雲の発生時には、放電凧９の自己放電もほぼ間断なく発生する。そして、その自己放電によって周囲の空間に空気の電離イオンが生成される。そして、この電離イオンのうちの、雷電界の向きにより定まる極性の電荷が該雷電界によって上向きストリーマを発生させ、しかも放電凧９は高所に掲揚されているので、雷雲からの下降ストリーマを放電凧９に誘導する可能性が高まる。このため、捕雷装置８からの上向きストリーマに雷雲からの下降ストリーマが誘導されない場合であっても、落雷が放電凧９に対して発生する確率が高まり、これにより、翼４への落雷を回避できる。なお、放電凧９に落雷したときの落雷電流は、この放電凧９に連結された導電性ロープ１４を介して大地に流れる。

次に、本発明の第２実施形態を図４を参照して説明する。図４は本実施形態の風力発電装置を側面視で模式的に示す図である。なお、本実施形態は、図１の第１実施形態のものと、一部の構成のみが相違しているので、同一構成部分については、第１実施形態と同一の参照符号を用い、説明を省略する。

本実施形態の風力発電装置１’では、除電手段７’は、翼４の後方の空間電荷雲Ｘの除電を行なうために、前記除電装置７ｂの代わりに、前記放電凧９と同様の導電性繊維からなる放電機能部材７ｃを備えている。この放電機能部材７ｃは、ナセル３上に固設されたシート状のものである。この放電機能部材７ｃは、前記各所定箇所Ｂに形成される空間電荷雲Ｘとの間の電界によって自己放電を発生するものである。なお、図４では代表的に１つの箇所Ｂに対応する放電機能部材７ｃのみを示したが、空間電荷雲Ｘが形成されやすい各箇所Ｂに対応させて、放電機能部材７ｃが設けられる。

以上説明した以外の構成は、前記第１実施形態と同一である。

本実施形態では、翼４の後方側に空間電荷雲Ｘが形成されたとき、その空間電荷雲Ｘと放電機能部材７ｃとの間の電界によって、容易に該放電機能部材７ｃから自己放電が発生する。そして、その自己放電により放電機能部材７ｃの周囲に空気の電離イオンが生成され、その生成された電離イオンは、空間電荷雲Ｘの電荷と作用し、これにより、空間電荷雲Ｘの除電が行なわれる。

この空間電荷雲Ｘの除電以外の作用効果は前記第１実施形態と同じである。

なお、本実施形態では、前記第１実施形態における除電装置７ｂの代わりに放電機能部材７ｃを備えるようにしたが、除電装置７ｂと併せて備えるようにしてもよい。

本発明の第１実施形態の風力発電装置を側面視で模式的に示す図。 図１のＩＩ矢視図。 第１実施形態の風力発電装置に備えた捕雷装置の概略構成を示す縦断面図。 本発明の第２実施形態の風力発電装置を側面視で模式的に示す図。

符号の説明

１，１’…風力発電装置、３…ナセル、４…翼、７，７’…除電手段、７ａ，７ｂ…除電装置、７ｃ…放電機能部材、８…捕雷装置、９…放電凧、１０…捕雷針、１４…ロープ、Ｘ…空間電荷雲。

Claims (7)

1. ナセルに回転自在に支持された翼を風力により回転させ、その回転エネルギーにより発電を行なう風力発電装置において、
   前記翼の後方側で該翼の近傍に存在する空間電荷雲と前記翼とのうちの少なくともいずれか一方の除電を行なう除電手段を備えたことを特徴とする風力発電装置。
2. 前記除電手段は、前記空間電荷雲の除電を行なう除電手段と、前記翼の除電を行なう除電手段とを各別に備えることを特徴とする請求項１記載の風力発電装置。
3. 前記除電手段は、前記空間電荷雲に近接した位置で前記ナセルに設置された導電性繊維からなる放電機能部材を備え、この放電機能部材と前記空間電荷層との間で空間放電を発生させることにより該空間電荷層を除電するようにしたことを特徴とする請求項１記載の風力発電装置。
4. 少なくとも前記翼の表面を導体と絶縁体との中間の電荷拡散性を有する材料により形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の風力発電装置。
5. 少なくとも雷雲の発生状態で、空気の電離イオンの上向きストリーマを発生させ、その上向きストリーマによって、接地された導体の針体に落雷を導く捕雷装置を前記ナセルに取り付けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の風力発電装置。
6. 前記捕雷装置は、少なくとも雷雲の発生状態で、上方に向かって延びる電離イオンの流れを連続的に生成する手段を備えることを特徴とする請求項５記載の風力発電装置。
7. 導体からなるロープで大地と連結された自己放電能力を有する凧状の放電凧を、翼が上下方向に延在するときの該翼の先端の最大高さよりも高い高さで翼の前方に掲揚させるようにしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の風力発電装置。

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