空洞構造体の落雷検出装置、これを備えた風車回転翼および風力発電装置
【課題】簡素で安価、かつ信頼性の高い構造により、落雷があったことを迅速に検知して安全を確保するとともに、落雷箇所を確実に判定できる落雷検出装置を提供する。
【解決手段】落雷検出装置Ａは、空洞構造体である風車翼７に落雷し、風車翼７が破損した場合における風車翼７の内部空間Ｓの環境変化を検知し、この環境変化を電気信号に変換して出力する環境検知センサ部材２６と、前記電気信号を受信し、落雷があったと判定して落雷対処措置を取る制御手段（ナセル側制御装置２９および地上側制御装置）とを備えてなることを特徴とする。例えば環境検知センサ部材２６は光電変換センサ、または圧電変換センサとされ、落雷による風車翼７の破損時における外光または外圧の進入を検知する。風車翼７の内部空間Ｓを複数の分割室に仕切り、各々の分割室に環境検知センサ部材２６を設置することにより、落雷位置をより正確に特定することができる。
【解決手段】落雷検出装置Ａは、空洞構造体である風車翼７に落雷し、風車翼７が破損した場合における風車翼７の内部空間Ｓの環境変化を検知し、この環境変化を電気信号に変換して出力する環境検知センサ部材２６と、前記電気信号を受信し、落雷があったと判定して落雷対処措置を取る制御手段（ナセル側制御装置２９および地上側制御装置）とを備えてなることを特徴とする。例えば環境検知センサ部材２６は光電変換センサ、または圧電変換センサとされ、落雷による風車翼７の破損時における外光または外圧の進入を検知する。風車翼７の内部空間Ｓを複数の分割室に仕切り、各々の分割室に環境検知センサ部材２６を設置することにより、落雷位置をより正確に特定することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、落雷の有無および落雷位置を判定するようにした空洞構造体の落雷検出装置、これを備えた風車回転翼および風力発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
標準的な風力発電装置は、ロータヘッドを中心として放射方向に延びる数本の風車翼を有する風車回転翼を備えており、タワーの上端にて水平旋回可能に支持されたナセルにロータヘッドが軸支され、この風車回転翼の回転により、ナセル内部に設置された発電機が駆動されて発電が行われるように構成されている。
【０００３】
この種の風力発電装置は、特に風車翼の部分に落雷を受けやすいため、特許文献１に開示されているように、風車翼に避雷装置としてレセプタ（受雷部材）が設けられる。レセプタは、最も落雷しやすい翼先端部を始め、風車翼の各部に数ヶ所設けられ、各々のレセプタから避雷導線（ダウンコンダクタ）が延び、この避雷導線が風車翼の内部を通り、ナセル、タワーを経由して地面にアース接続される。このため、レセプタに落雷した際における雷電流が地中に導かれて風車翼の破損が防止される。
【０００４】
さらに、近年では、レセプタに加え、ダイバータ・ストリップと呼ばれる金属片を不連続的に翼表面に接着することにより、レセプタ以外の場所に落雷した際における落雷電流を、各ダイバータ・ストリップを経由させて風車翼の表面に沿って流れさせ、レセプタに導くことができる。このようにすれば、各ダイバータ・ストリップには避雷導線を設ける必要がないため、簡素な構造によって風車翼の耐雷性能を向上させることができる。
【０００５】
ところが、レセプタやダイバータ・ストリップ等では多くの落雷から風車翼を完全に保護することができず、風車翼にはしばしば落雷による損傷が発生する。風車翼が落雷により損傷したことが認識されずにそのまま運転が継続されると重大事故に繋がる可能性があるため、落雷による損傷の即座な発見と補修が必須である。
【０００６】
従来では、特許文献２に開示されているように、風力発電装置のタワー基部を環状に囲むように設置された大口径のロゴスキーコイルにより雷電流を検出して落雷を認識する落雷検出装置があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２２３１４８号公報
【特許文献２】特許第４２１１９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献２に開示されているような従来技術では、風力発電装置全体への落雷検知は可能であるが、例えば風車回転翼のどの翼に落雷したかは検知不可能であるため、即座な補修が行いにくかった。ロゴスキーコイルのように雷電流を電気的に検知する装置を風車翼に多数設けられれば落雷箇所の特定ができるが、ロゴスキーコイルは価格が高価である上に設置が困難であるため、落雷検出装置全体の構成が複雑かつ高価になり、風力発電装置の建造コスト上昇を招来する。
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、簡素で安価、かつ信頼性の高い構造により、落雷があったことを迅速に検知して安全を確保するとともに、落雷箇所を確実に判定することのできる空洞構造体の落雷検出装置、これを備えた風車回転翼および風力発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
即ち、本発明に係る空洞構造体の落雷検出装置の第１の態様は、空洞構造体に落雷し、該空洞構造体が破損した場合における該空洞構造体の内部空間の環境変化を検知し、この環境変化を電気信号に変換して出力する環境変化検知手段と、前記電気信号を受信し、落雷があったと判定して落雷対処措置を取る制御手段と、を備えてなることを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、空洞構造体に落雷した場合における、該空洞構造体の内部環境の変化が環境変化検知手段によって検知され、その変化が電気信号に変換されて制御手段に出力され、制御手段はこの電気信号を受信して落雷対処措置を取る。これにより、落雷があったことを迅速に検知し、安全を確保することができる。
落雷発生時における空洞構造体の内部環境の変化を検出することは、環境変化検知手段をセンサ手段とすることにより、比較的簡素な構成にて行うことができるため、簡素で安価、かつ信頼性の高い構造により、落雷があったことを確実に判定することができる。
【００１２】
また、本発明に係る空洞構造体の落雷検出装置の第２の態様は、前記第１の態様において、前記空洞構造体が機械作動物の構成部材である場合、前記落雷対処措置としては、前記機械作動物の運転停止、落雷箇所の判定、管理者への報知、が含まれることを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、機械作動物の空洞構造体に落雷した場合には、機械作動物の運転が停止されるとともに、落雷箇所が判定され、管理者への報知が行われるため、機械作動物自体およびその周囲に対する安全が確保され、機械作動物の管理者は落雷が発生したことを即座に認知でき、点検、破損部分の補修といった作業を迅速に開始することができる。
【００１４】
また、本発明に係る空洞構造体の落雷検出装置の第３の態様は、前記第２の態様において、前記制御手段は、前記環境変化検知手段から出力される前記電気信号のうち、前記機械作動物の通常運転に伴う定常変動分をキャンセルする信号処理を行うことを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、例えば機械作動物の通常運転に伴う緩い定常変動分を環境変化検知手段が感知して電気信号を出力しても、このような緩い圧力変動分を示す電気信号はキャンセルされるため、実際には機械作動物に着雷していないのに着雷したと誤判定が下されることを防止して落雷検出装置の信頼性を高めることができる。
【００１６】
また、本発明に係る空洞構造体の落雷検出装置の第４の態様は、前記第１〜第３のいずれかの態様において、前記空洞構造体の内部空間が隔壁で複数の分割室に仕切られ、これら各々の分割室に前記環境変化検知手段がそれぞれ設けられ、これらの環境変化検知手段の各々が個別に、前記分割室の環境が変化した場合に電気信号を前記制御手段に出力し、前記制御手段はこれらの電気信号を識別して落雷箇所を判定することを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、空洞構造体に落雷した場合に、空洞構造体の内部空間に画成された複数の分割室のうち、落雷した位置に相当する分割室においてのみ内部環境が変化し、この内部環境の変化が、該分割室に設けられた環境変化検知手段によって検出され、この環境変化検知手段が固有の電気信号を制御手段に出力する。このため、制御手段は受信した電気信号を識別することにより、この電気信号を出力した環境変化検知手段の位置、即ち落雷を受けた分割室の位置を容易に特定することができる。このため、落雷箇所を確実に判定することができる。
【００１８】
また、本発明に係る空洞構造体の落雷検出装置の第５の態様は、前記第１〜第４のいずれかの態様において、前記環境変化検知手段は光電変換センサであり、暗室状に形成された前記空洞構造体の内部空間に設けられていることを特徴とする。
【００１９】
上記構成によれば、落雷を受けて空洞構造体の外被が破損した場合に、この破損部から落雷の光または外光が空洞構造体の内部空間に進入する。このため、暗室状に形成されていた内部空間の明るさ環境が変化する。
そして、この内部空間に設けられた環境変化検知手段としての光電変換センサが、この明るさ環境の変化、つまり受光量の増大を検知し、それを電気信号に変換して制御手段に出力し、制御手段はこの電気信号を受信して落雷対処措置を取る。
このため、落雷があったことを迅速に検知して安全を確保することができる。また、光電変換センサは安価で設置が容易であり、作動が確実であるため、落雷検出装置を信頼性の高い構造にすることができる。
【００２０】
また、本発明に係る空洞構造体の落雷検出装置の第６の態様は、前記第１〜第４のいずれかの態様において、前記環境変化検知手段は圧電変換センサであり、気密室状に形成された前記空洞構造体の内部空間に設けられていることを特徴とする。
【００２１】
上記構成によれば、落雷を受けて空洞構造体の外被が破損した場合に、空洞構造体の内部空間の圧力が急激に上昇する。このため、気密室状に形成されていた内部空間の圧力環境が変化する。
そして、この内部空間に設けられた環境変化検知手段としての圧電変換センサが、この圧力環境の変化、つまり圧力の増大を検知し、それを電気信号に変換して制御手段に出力し、制御手段はこの電気信号を受信して落雷対処措置を取る。
このため、落雷があったことを迅速に検知して安全を確保することができる。また、圧電変換センサは安価で設置が容易であり、作動が確実であるため、落雷検出装置を信頼性の高い構造にすることができる。
【００２２】
また、本発明に係る風車回転翼は、前記第１〜第６のいずれかの態様の空洞構造体の落雷検出装置を備えたことを特徴とする。これにより、簡素で安価、かつ信頼性の高い構造により、風車回転翼への落雷を迅速に検知して安全を確保するとともに、落雷箇所を判定することができる。
【００２３】
また、本発明に係る風力発電装置は、前記の風車回転翼を備えたことを特徴とする。これにより、簡素で安価、かつ信頼性の高い構造により、風力発電装置の風車回転翼への落雷を迅速に検知して安全を確保するとともに、落雷箇所を判定することができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、本発明に係る空洞構造体の落雷検出装置、これを備えた風車回転翼および風力発電装置によれば、簡素で安価、かつ信頼性の高い構造により、落雷があったことを迅速に検知して安全を確保するとともに、落雷箇所を確実に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る空洞構造体の落雷検出装置が適用された風力発電装置の一例を示す側面図である。
【図２】本発明の第１実施形態である落雷検出装置が設置された風車翼の斜視図である。
【図３】図２に示す落雷検出装置において、落雷により風車翼が破損した場合の状態を示す斜視図である。
【図４】落雷検出装置の制御の流れをフローチャートで示した図である。
【図５】本発明の第２実施形態である落雷検出装置が設置された風車翼の斜視図である。
【図６】図５に示す落雷検出装置において、落雷により風車翼が破損した場合の状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、本発明に係る風力発電装置の実施形態について図面に基づきながら説明する。
【００２７】
図１は、本発明に係る空洞構造体の落雷検出装置が風車翼７に適用された風力発電装置の一例を示す側面図である。この風力発電装置１は、例えば地表面２に設置された鉄筋コンクリート製の基礎３上に立設されるタワー４と、このタワー４の上端部に設置されるナセル５と、略水平な横方向の回転軸線周りに回転自在に支持されてナセル５の前端部側に設けられるロータヘッド６とを有している。
【００２８】
ロータヘッド６には、放射方向に延びる複数枚（例えば３枚）の風車翼７が取り付けられて風車回転翼８が構成されており、ナセル５の内部には発電機１１が収容設置され、ロータヘッド６の回転軸１２が発電機１１の主軸に増速機（非図示）を介して連結されている。このため、風車翼７に当たった外風の風力が、風車回転翼８と回転軸１２を回転させる回転力に変換され、発電機１１が駆動されて発電が行われる。
【００２９】
ナセル５は、風車回転翼８と共に、タワー４の上端において水平方向に旋回することができる。ナセル５の外周面適所（たとえば上部等）には、周辺の風向および風速値を測定する風向風速計１３と、落雷を回避するための避雷針１４が設置されている。ナセル５は、図示しない駆動装置と制御装置により、常に風上方向に指向して効率良く発電できるように制御される。また、風車翼７のピッチ角は、風量に合わせて最も効率良く風車回転翼８を回転させられるように自動調整される。ナセル５や風車翼７等は、例えばＦＲＰ成形により形成された空洞構造体である。
【００３０】
３枚の風車翼７には、それぞれ、その先端部にレセプタ１７が設けられている。このレセプタ１７は公知の避雷部材であり、一般には直径数センチ程度の円形、もしく翼端形状に沿う形状等に形成され、接着等により風車翼７の表面に固着されている。そして、各レセプタ１７から延出する風車翼避雷導線（ダウンコンダクタ）１８が、風車翼７の内部を通って翼根側に延びるように配設されている。これら３本の風車翼避雷導線１８は、ロータヘッド６の内部で１本に纏められ、公知のスリップリング（非図示）等を介してタワー４の内部に配設されたタワー避雷導線１９に電気的に導通している。前述の避雷針１４もタワー避雷導線１９に導通され、タワー避雷導線１９の下端は地中にアース接続されている。
【００３１】
このため、避雷針１４またはレセプタ１７に落雷した場合には、その落雷電流が風車翼避雷導線１８およびタワー避雷導線１９を通って地中に導かれ、落雷による風車翼７やナセル５の破損が防止される。タワー４の基部には、公知のロゴスキーコイルを用いた落雷検知部２１が付設されており、この落雷検知部２１がタワー避雷導線１９を通る雷電流を検知してその電気信号を地上側制御装置２３に出力し、地上側制御装置２３は落雷があったことを認識、記憶し、風力発電装置の管理者に報知することができる。
【００３２】
上記のように、ナセル５に設けられた避雷針１４や、風車翼７に設けられたレセプタ１７に落雷した場合には、落雷電流が風車翼避雷導線１８やタワー避雷導線１９を通って地中に導かれるため、風力発電装置１には破損が起こりにくい。しかし、避雷針１４およびレセプタ１７以外の箇所に落雷した場合には、風力発電装置１が破損し、この時の落雷電流がタワー避雷導線１９を通らなければ、ロゴスキーコイルを用いた落雷検知部２１による落雷検知も行われない。このため、風力発電装置１の破損に気付かずに運転が継続されてしまう懸念がある。そこで、本発明では、最も落雷を受けやすい風車翼７に、独自の落雷検出装置を設けた。
【００３３】
［第１実施形態］
図２は、本発明の第１実施形態である落雷検出装置Ａが設置された風車翼７の斜視図である。この落雷検出装置Ａでは、空洞構造体である風車翼７の内部空間Ｓに環境検知センサ部材２６が設置されている。この環境検知センサ部材２６は、風車翼７が落雷を受けて破損した場合に、風車翼７の内部空間Ｓ内における環境変化を検知し、この環境変化を電気信号に変換して出力する環境変化検知手段として機能する。環境検知センサ部材２６としては、例えば光電変換センサ、または圧電変換センサ等を用いるが、両方のセンサを同時に用いてもよい。
【００３４】
環境検知センサ部材２６として光電変換センサを用いる場合は、風車翼７の内部空間Ｓを暗室状に形成する。そして、環境検知センサ部材２６を風車翼７の翼根部に固定し、その光検知方向（受光部）を翼先端側に指向させるのが好ましい。また、環境検知センサ部材２６として圧電変換センサを用いる場合は、風車翼７の内部空間Ｓを気密室状に形成し、環境検知センサ部材２６を内部空間Ｓの内壁に固定する。
【００３５】
また、環境検知センサ部材２６から延出するハーネス２７が、例えばナセル５の内部に設置されたナセル側制御装置２９に接続されている。風車翼７と共に回転する環境検知センサ部材２６と、回転しないナセル側制御装置２９との間における電気接続は、避雷導線１８，１９の場合と同様にスリップリングを用いた有線通信としてもよいし、非接触通信（無線通信等）にしてもよい。ナセル側制御装置２９と、先述の地上側制御装置２３との間も、有線通信、または無線通信により接続されている。
【００３６】
ナセル側制御装置２９と地上側制御装置２３は、落雷検出装置Ａの制御手段として機能するものであり、環境検知センサ部材２６から出力される電気信号を受信した場合に、風車翼７が落雷を受けて破損したと判定し、落雷対処措置を取る。この落雷対処措置としては、風力発電装置１の運転停止、環境検知センサ部材２６の設置位置に基づく落雷箇所の判定と記憶、管理者への報知等である。環境検知センサ部材２６は、各風車翼７に少なくとも１基ずつ設置されているため、特定の環境検知センサ部材２６から電気信号の入力があった場合には、その環境検知センサ部材２６が設けられた特定の風車翼７が落雷を受けたことを意味し、地上側制御装置２３が風力発電装置から離れた遠隔地に設置されていても、落雷を受けた風車翼７を特定することができる。
【００３７】
以上のように構成された落雷検出装置Ａを備えた風力発電装置１において、３枚の風車翼７のいずれかが落雷を受け、穴が開いたり、折れたりして破損した場合には、図３に示すように、この落雷破損部から、風車翼７の内部空間Ｓに、落雷の光、または外光が進入すると同時に、落雷により瞬間的に高まった外部圧力が進入し、風車翼７の内部環境が大きく変化する。そして、この内部環境の変化が環境検知センサ部材２６に検知される。
【００３８】
例えば、環境検知センサ部材２６が光電変換センサであり、風車翼７の内部空間Ｓが暗室状に形成されている場合には、落雷破損部から外光が入ることにより、落雷前まで暗室であった内部空間Ｓが明るくなるため、環境検知センサ部材２６（光電変換センサ）が受光量の増大を検知する。また、環境検知センサ部材２６が圧電変換センサであり、風車翼７の内部空間Ｓが気密室状に形成されている場合には、落雷破損部から外圧が入ることにより、内部空間Ｓの内圧が急上昇するため、環境検知センサ部材２６（圧電変換センサ）が圧力の増大を検知する。
【００３９】
そして、環境検知センサ部材２６は、このように検知した内部空間Ｓの環境変化を電気信号に変換してナセル側制御装置２９に出力し、これをナセル側制御装置２９が地上側制御装置２３に伝送する。ナセル側制御装置２９および地上側制御装置２３は、前述のような落雷対処措置を取り、まず風力発電装置１の運転が停止され、さらに環境検知センサ部材２６の設置位置に基づく落雷箇所の判定（被雷した風車翼７の特定）と記憶、管理者への報知等がなされる。このため、落雷があったことが迅速に検知され、風力発電装置１自体およびその周囲に対する安全が確保されるとともに、風力発電装置１の管理者は落雷が発生したことを即座に認知でき、点検、破損部分の補修といった作業を迅速に開始することができる。
【００４０】
上記のように、風車翼７の内部空間Ｓの環境の変化を環境検知センサ部材２６で監視する構成とすることにより、落雷検出装置Ａを比較的簡素かつ軽量な構成にすることができる。このため、簡素で安価、かつ風力発電装置１に適した信頼性の高い構造により、落雷があったことを確実に判定することができる。環境検知センサ部材２６として光電変換センサを用いた場合には、落雷時のみならず、例えば風車翼７に鳥や飛行物体等が衝突して風車翼７が破損したような場合についても破損を検知することができる。
【００４１】
ところで、環境検知センサ部材２６として圧電変換センサを用いる場合には、もともと風車翼７の内部空間Ｓ内では、風力発電装置１の通常運転に伴う風車翼７の回転やピッチ変動に伴う緩い圧力変動（定常変動分）があるため、環境検知センサ部材２６（圧電変換センサ）から出力された信号を、例えばナセル側制御装置２９内に設置されたオシロスコープに一旦転送し、ここで例えばハイパスフィルタにより、緩い圧力変動分をキャンセルする信号処理を行うことが好ましい。このような制御を行うことにより、定常変動分である緩い圧力変動を環境検知センサ部材２６が感知しても、このような緩い圧力変動分は無視されるため、実際には風車翼７に着雷していないのに着雷したと誤判定が下されることを防止し、落雷検出装置Ａの信頼性を格段に高めることができる。
【００４２】
図４は、落雷検出装置Ａの制御の流れをフローチャートで示した図である。この制御の開始後、まずステップＳ１でロゴスキーコイルを用いた落雷検知部２１からの信号受信があるか否かが判定され、このステップＳ１が肯定判定の場合は、ステップＳ６に移行し、ナセル側制御装置２９および地上側制御装置２３により、運転停止、落雷箇所の判定、管理者への報知といった落雷対処措置が取られる。
【００４３】
また、ステップＳ１が否定判定の場合は、ステップＳ２に移行し、環境検知センサ部材２６からの信号受信があるか否かが判定され、このステップＳ２が否定判定の場合は、落雷が起きていないということになり、ステップＳ１に戻り、以後ステップＳ１とステップＳ２が反復される。
【００４４】
ステップＳ２が肯定判定であって、環境検知センサ部材２６として光電変換センサが用いられている場合には、ステップＳ３〜Ｓ５が省かれてステップＳ６に移行し、ナセル側制御装置２９および地上側制御装置２３により、運転停止、落雷箇所の判定、管理者への報知といった落雷対処措置が取られ、制御が終了する。
【００４５】
また、ステップＳ２が肯定判定であって、環境検知センサ部材２６として圧電変換センサが用いられている場合には、ステップＳ３に移行し、環境検知センサ部材２６からの信号がオシロスコープに転送され、次にステップＳ４に移行してハイパスフィルタにより緩い圧力変動分（定常変動分）をキャンセルする信号処理がなされる。
【００４６】
次に、ステップＳ５に移行し、上記の信号処理を行った後に、まだ圧力変動を示す信号成分が検出されるか否か、即ち本当に落雷による圧力変動か否かが判定される。このステップＳ５が肯定判定であればステップＳ６に移行し、ナセル側制御装置２９および地上側制御装置２３により、運転停止、落雷箇所の判定、管理者への報知といった落雷対処措置が取られて制御が終了する。
【００４７】
また、ステップＳ５が否定判定となった場合、例えば落雷ではなく強風による風車翼７の撓みに起因する圧力変動を環境検知センサ部材２６が誤検知したような場合には、ステップＳ１に戻り、以下の制御が反復される。
【００４８】
［第２実施形態］
図５は、本発明の第２実施形態である落雷検出装置Ｂが設置された風車翼７の斜視図である。この落雷検出装置Ｂでは、風車翼７の内部空間Ｓが隔壁３１によって複数の分割室Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃに仕切られ、これら各々の分割室Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃにそれぞれ環境検知センサ部材２６ａ，２６ｂ，２６ｃが設置されている。これらの環境検知センサ部材２６ａ，２６ｂ，２６ｃとしては、第１実施形態の落雷検出装置Ａと同様に、光電変換センサや圧電変換センサが用いられる。そして、これらの環境検知センサ部材２６ａ，２６ｂ，２６ｃの各々が分割室Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃの環境変化、即ち明るさや圧力の変化に応じて固有の電気信号を出力するようになっており、ナセル側制御装置２９および地上側制御装置２３はこれらの電気信号を識別して、落雷箇所を判定する。
【００４９】
つまり、図６に示すように、風車翼７の内部空間Ｓに画成された複数の分割室Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃのうち、例えば分割室Ｓｂの位置に落雷した場合、この分割室Ｓｂにおいてのみ、内部の明るさや圧力といった環境が変化し、この環境の変化を、分割室Ｓｂに設置された環境検知センサ部材２６ｂのみが検知し、その検知信号をナセル側制御装置２９に出力する。他の分割室Ｓａ，Ｓｃでは環境変化が起きないため、他の環境検知センサ部材２６ａ，２６ｃからは検知信号が出力されない。このため、ナセル側制御装置２９および地上側制御装置２３は、電気信号を出力した環境検知センサ部材２６ｂの位置情報から、落雷を受けた分割室Ｓｂの位置を容易に特定でき、落雷箇所を分割室Ｓｂと特定することができる。
【００５０】
以上のように構成された第１実施形態の落雷検出装置Ａまたは第２実施形態の落雷検出装置Ｂを風車翼７（風車回転翼８）に適用することにより、簡素で安価、かつ信頼性の高い構造によって、風車翼７への落雷の有無と、落雷箇所を判定することができる。なお、上記第１および第２実施形態では、空洞構造体として風車翼７を例示したが、ナセル５等、他の部分の空洞構造体にも落雷検出装置ＡまたはＢを適用することができる。
【００５１】
また、上記各実施形態では、風車翼７のような空洞構造体の内部空間Ｓにおける環境変化の例として、明るさの変化や圧力の変化を例示し、これを検知する環境検知センサ部材２６として光電変換センサや圧電変換センサを示したが、これらに限らず、落雷時における他の種の環境変化を検知するセンサを用いてもよい。例えば、音量センサを用いて落雷時の大音響を検知させたり、落雷につきものの異臭を検知する臭気検出センサとしてもよい。また、例えば風車翼７のような空洞構造体の内部空間Ｓに酸素成分を有さない気体を封入しておき、空洞構造体の内部に環境検知センサ部材２６としてＯ２センサを設置し、空洞構造体の外被が破損して内部空間Ｓに外気が流入した場合に、外気に含まれる酸素成分をＯ２センサに検知させて外被の破損を検出させるようにしてもよい。
【００５２】
このように、環境検知センサ部材２６として多種多様なセンサ類を使用できるため、落雷検出装置Ａ，Ｂの設計が容易であり、しかも複数種類のセンサ手段を並行して用いることにより、万一１つのセンサが機能を果たさなくても、他のセンサにより落雷が検知されるので、確実な落雷検知性能を発揮することができる。
【００５３】
ところで、本発明に係る落雷検出装置は、風力発電装置の風車回転翼のみに限らず、他の種の風車回転翼にも適用でき、さらには風力発電装置のみならず、他の建造物や移動体等にも幅広く適用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１ 風力発電装置（機械作動物）
４ タワー
５ ナセル
６ ロータヘッド
７ 風車翼（空洞構造体）
８ 風車回転翼
１１ 発電機
１４ 避雷針
１７ レセプタ
１８，１９ 避雷導線
２１ 落雷検知部
２３ 地上側制御装置（制御手段）
２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ 環境検知センサ部材（環境変化検知手段）
２９ ナセル側制御装置（制御手段）
Ａ，Ｂ 落雷検出装置
３１ 隔壁
Ｓ 内部空間
Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ 分割室
【技術分野】
【０００１】
本発明は、落雷の有無および落雷位置を判定するようにした空洞構造体の落雷検出装置、これを備えた風車回転翼および風力発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
標準的な風力発電装置は、ロータヘッドを中心として放射方向に延びる数本の風車翼を有する風車回転翼を備えており、タワーの上端にて水平旋回可能に支持されたナセルにロータヘッドが軸支され、この風車回転翼の回転により、ナセル内部に設置された発電機が駆動されて発電が行われるように構成されている。
【０００３】
この種の風力発電装置は、特に風車翼の部分に落雷を受けやすいため、特許文献１に開示されているように、風車翼に避雷装置としてレセプタ（受雷部材）が設けられる。レセプタは、最も落雷しやすい翼先端部を始め、風車翼の各部に数ヶ所設けられ、各々のレセプタから避雷導線（ダウンコンダクタ）が延び、この避雷導線が風車翼の内部を通り、ナセル、タワーを経由して地面にアース接続される。このため、レセプタに落雷した際における雷電流が地中に導かれて風車翼の破損が防止される。
【０００４】
さらに、近年では、レセプタに加え、ダイバータ・ストリップと呼ばれる金属片を不連続的に翼表面に接着することにより、レセプタ以外の場所に落雷した際における落雷電流を、各ダイバータ・ストリップを経由させて風車翼の表面に沿って流れさせ、レセプタに導くことができる。このようにすれば、各ダイバータ・ストリップには避雷導線を設ける必要がないため、簡素な構造によって風車翼の耐雷性能を向上させることができる。
【０００５】
ところが、レセプタやダイバータ・ストリップ等では多くの落雷から風車翼を完全に保護することができず、風車翼にはしばしば落雷による損傷が発生する。風車翼が落雷により損傷したことが認識されずにそのまま運転が継続されると重大事故に繋がる可能性があるため、落雷による損傷の即座な発見と補修が必須である。
【０００６】
従来では、特許文献２に開示されているように、風力発電装置のタワー基部を環状に囲むように設置された大口径のロゴスキーコイルにより雷電流を検出して落雷を認識する落雷検出装置があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２２３１４８号公報
【特許文献２】特許第４２１１９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献２に開示されているような従来技術では、風力発電装置全体への落雷検知は可能であるが、例えば風車回転翼のどの翼に落雷したかは検知不可能であるため、即座な補修が行いにくかった。ロゴスキーコイルのように雷電流を電気的に検知する装置を風車翼に多数設けられれば落雷箇所の特定ができるが、ロゴスキーコイルは価格が高価である上に設置が困難であるため、落雷検出装置全体の構成が複雑かつ高価になり、風力発電装置の建造コスト上昇を招来する。
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、簡素で安価、かつ信頼性の高い構造により、落雷があったことを迅速に検知して安全を確保するとともに、落雷箇所を確実に判定することのできる空洞構造体の落雷検出装置、これを備えた風車回転翼および風力発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
即ち、本発明に係る空洞構造体の落雷検出装置の第１の態様は、空洞構造体に落雷し、該空洞構造体が破損した場合における該空洞構造体の内部空間の環境変化を検知し、この環境変化を電気信号に変換して出力する環境変化検知手段と、前記電気信号を受信し、落雷があったと判定して落雷対処措置を取る制御手段と、を備えてなることを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、空洞構造体に落雷した場合における、該空洞構造体の内部環境の変化が環境変化検知手段によって検知され、その変化が電気信号に変換されて制御手段に出力され、制御手段はこの電気信号を受信して落雷対処措置を取る。これにより、落雷があったことを迅速に検知し、安全を確保することができる。
落雷発生時における空洞構造体の内部環境の変化を検出することは、環境変化検知手段をセンサ手段とすることにより、比較的簡素な構成にて行うことができるため、簡素で安価、かつ信頼性の高い構造により、落雷があったことを確実に判定することができる。
【００１２】
また、本発明に係る空洞構造体の落雷検出装置の第２の態様は、前記第１の態様において、前記空洞構造体が機械作動物の構成部材である場合、前記落雷対処措置としては、前記機械作動物の運転停止、落雷箇所の判定、管理者への報知、が含まれることを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、機械作動物の空洞構造体に落雷した場合には、機械作動物の運転が停止されるとともに、落雷箇所が判定され、管理者への報知が行われるため、機械作動物自体およびその周囲に対する安全が確保され、機械作動物の管理者は落雷が発生したことを即座に認知でき、点検、破損部分の補修といった作業を迅速に開始することができる。
【００１４】
また、本発明に係る空洞構造体の落雷検出装置の第３の態様は、前記第２の態様において、前記制御手段は、前記環境変化検知手段から出力される前記電気信号のうち、前記機械作動物の通常運転に伴う定常変動分をキャンセルする信号処理を行うことを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、例えば機械作動物の通常運転に伴う緩い定常変動分を環境変化検知手段が感知して電気信号を出力しても、このような緩い圧力変動分を示す電気信号はキャンセルされるため、実際には機械作動物に着雷していないのに着雷したと誤判定が下されることを防止して落雷検出装置の信頼性を高めることができる。
【００１６】
また、本発明に係る空洞構造体の落雷検出装置の第４の態様は、前記第１〜第３のいずれかの態様において、前記空洞構造体の内部空間が隔壁で複数の分割室に仕切られ、これら各々の分割室に前記環境変化検知手段がそれぞれ設けられ、これらの環境変化検知手段の各々が個別に、前記分割室の環境が変化した場合に電気信号を前記制御手段に出力し、前記制御手段はこれらの電気信号を識別して落雷箇所を判定することを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、空洞構造体に落雷した場合に、空洞構造体の内部空間に画成された複数の分割室のうち、落雷した位置に相当する分割室においてのみ内部環境が変化し、この内部環境の変化が、該分割室に設けられた環境変化検知手段によって検出され、この環境変化検知手段が固有の電気信号を制御手段に出力する。このため、制御手段は受信した電気信号を識別することにより、この電気信号を出力した環境変化検知手段の位置、即ち落雷を受けた分割室の位置を容易に特定することができる。このため、落雷箇所を確実に判定することができる。
【００１８】
また、本発明に係る空洞構造体の落雷検出装置の第５の態様は、前記第１〜第４のいずれかの態様において、前記環境変化検知手段は光電変換センサであり、暗室状に形成された前記空洞構造体の内部空間に設けられていることを特徴とする。
【００１９】
上記構成によれば、落雷を受けて空洞構造体の外被が破損した場合に、この破損部から落雷の光または外光が空洞構造体の内部空間に進入する。このため、暗室状に形成されていた内部空間の明るさ環境が変化する。
そして、この内部空間に設けられた環境変化検知手段としての光電変換センサが、この明るさ環境の変化、つまり受光量の増大を検知し、それを電気信号に変換して制御手段に出力し、制御手段はこの電気信号を受信して落雷対処措置を取る。
このため、落雷があったことを迅速に検知して安全を確保することができる。また、光電変換センサは安価で設置が容易であり、作動が確実であるため、落雷検出装置を信頼性の高い構造にすることができる。
【００２０】
また、本発明に係る空洞構造体の落雷検出装置の第６の態様は、前記第１〜第４のいずれかの態様において、前記環境変化検知手段は圧電変換センサであり、気密室状に形成された前記空洞構造体の内部空間に設けられていることを特徴とする。
【００２１】
上記構成によれば、落雷を受けて空洞構造体の外被が破損した場合に、空洞構造体の内部空間の圧力が急激に上昇する。このため、気密室状に形成されていた内部空間の圧力環境が変化する。
そして、この内部空間に設けられた環境変化検知手段としての圧電変換センサが、この圧力環境の変化、つまり圧力の増大を検知し、それを電気信号に変換して制御手段に出力し、制御手段はこの電気信号を受信して落雷対処措置を取る。
このため、落雷があったことを迅速に検知して安全を確保することができる。また、圧電変換センサは安価で設置が容易であり、作動が確実であるため、落雷検出装置を信頼性の高い構造にすることができる。
【００２２】
また、本発明に係る風車回転翼は、前記第１〜第６のいずれかの態様の空洞構造体の落雷検出装置を備えたことを特徴とする。これにより、簡素で安価、かつ信頼性の高い構造により、風車回転翼への落雷を迅速に検知して安全を確保するとともに、落雷箇所を判定することができる。
【００２３】
また、本発明に係る風力発電装置は、前記の風車回転翼を備えたことを特徴とする。これにより、簡素で安価、かつ信頼性の高い構造により、風力発電装置の風車回転翼への落雷を迅速に検知して安全を確保するとともに、落雷箇所を判定することができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、本発明に係る空洞構造体の落雷検出装置、これを備えた風車回転翼および風力発電装置によれば、簡素で安価、かつ信頼性の高い構造により、落雷があったことを迅速に検知して安全を確保するとともに、落雷箇所を確実に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る空洞構造体の落雷検出装置が適用された風力発電装置の一例を示す側面図である。
【図２】本発明の第１実施形態である落雷検出装置が設置された風車翼の斜視図である。
【図３】図２に示す落雷検出装置において、落雷により風車翼が破損した場合の状態を示す斜視図である。
【図４】落雷検出装置の制御の流れをフローチャートで示した図である。
【図５】本発明の第２実施形態である落雷検出装置が設置された風車翼の斜視図である。
【図６】図５に示す落雷検出装置において、落雷により風車翼が破損した場合の状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、本発明に係る風力発電装置の実施形態について図面に基づきながら説明する。
【００２７】
図１は、本発明に係る空洞構造体の落雷検出装置が風車翼７に適用された風力発電装置の一例を示す側面図である。この風力発電装置１は、例えば地表面２に設置された鉄筋コンクリート製の基礎３上に立設されるタワー４と、このタワー４の上端部に設置されるナセル５と、略水平な横方向の回転軸線周りに回転自在に支持されてナセル５の前端部側に設けられるロータヘッド６とを有している。
【００２８】
ロータヘッド６には、放射方向に延びる複数枚（例えば３枚）の風車翼７が取り付けられて風車回転翼８が構成されており、ナセル５の内部には発電機１１が収容設置され、ロータヘッド６の回転軸１２が発電機１１の主軸に増速機（非図示）を介して連結されている。このため、風車翼７に当たった外風の風力が、風車回転翼８と回転軸１２を回転させる回転力に変換され、発電機１１が駆動されて発電が行われる。
【００２９】
ナセル５は、風車回転翼８と共に、タワー４の上端において水平方向に旋回することができる。ナセル５の外周面適所（たとえば上部等）には、周辺の風向および風速値を測定する風向風速計１３と、落雷を回避するための避雷針１４が設置されている。ナセル５は、図示しない駆動装置と制御装置により、常に風上方向に指向して効率良く発電できるように制御される。また、風車翼７のピッチ角は、風量に合わせて最も効率良く風車回転翼８を回転させられるように自動調整される。ナセル５や風車翼７等は、例えばＦＲＰ成形により形成された空洞構造体である。
【００３０】
３枚の風車翼７には、それぞれ、その先端部にレセプタ１７が設けられている。このレセプタ１７は公知の避雷部材であり、一般には直径数センチ程度の円形、もしく翼端形状に沿う形状等に形成され、接着等により風車翼７の表面に固着されている。そして、各レセプタ１７から延出する風車翼避雷導線（ダウンコンダクタ）１８が、風車翼７の内部を通って翼根側に延びるように配設されている。これら３本の風車翼避雷導線１８は、ロータヘッド６の内部で１本に纏められ、公知のスリップリング（非図示）等を介してタワー４の内部に配設されたタワー避雷導線１９に電気的に導通している。前述の避雷針１４もタワー避雷導線１９に導通され、タワー避雷導線１９の下端は地中にアース接続されている。
【００３１】
このため、避雷針１４またはレセプタ１７に落雷した場合には、その落雷電流が風車翼避雷導線１８およびタワー避雷導線１９を通って地中に導かれ、落雷による風車翼７やナセル５の破損が防止される。タワー４の基部には、公知のロゴスキーコイルを用いた落雷検知部２１が付設されており、この落雷検知部２１がタワー避雷導線１９を通る雷電流を検知してその電気信号を地上側制御装置２３に出力し、地上側制御装置２３は落雷があったことを認識、記憶し、風力発電装置の管理者に報知することができる。
【００３２】
上記のように、ナセル５に設けられた避雷針１４や、風車翼７に設けられたレセプタ１７に落雷した場合には、落雷電流が風車翼避雷導線１８やタワー避雷導線１９を通って地中に導かれるため、風力発電装置１には破損が起こりにくい。しかし、避雷針１４およびレセプタ１７以外の箇所に落雷した場合には、風力発電装置１が破損し、この時の落雷電流がタワー避雷導線１９を通らなければ、ロゴスキーコイルを用いた落雷検知部２１による落雷検知も行われない。このため、風力発電装置１の破損に気付かずに運転が継続されてしまう懸念がある。そこで、本発明では、最も落雷を受けやすい風車翼７に、独自の落雷検出装置を設けた。
【００３３】
［第１実施形態］
図２は、本発明の第１実施形態である落雷検出装置Ａが設置された風車翼７の斜視図である。この落雷検出装置Ａでは、空洞構造体である風車翼７の内部空間Ｓに環境検知センサ部材２６が設置されている。この環境検知センサ部材２６は、風車翼７が落雷を受けて破損した場合に、風車翼７の内部空間Ｓ内における環境変化を検知し、この環境変化を電気信号に変換して出力する環境変化検知手段として機能する。環境検知センサ部材２６としては、例えば光電変換センサ、または圧電変換センサ等を用いるが、両方のセンサを同時に用いてもよい。
【００３４】
環境検知センサ部材２６として光電変換センサを用いる場合は、風車翼７の内部空間Ｓを暗室状に形成する。そして、環境検知センサ部材２６を風車翼７の翼根部に固定し、その光検知方向（受光部）を翼先端側に指向させるのが好ましい。また、環境検知センサ部材２６として圧電変換センサを用いる場合は、風車翼７の内部空間Ｓを気密室状に形成し、環境検知センサ部材２６を内部空間Ｓの内壁に固定する。
【００３５】
また、環境検知センサ部材２６から延出するハーネス２７が、例えばナセル５の内部に設置されたナセル側制御装置２９に接続されている。風車翼７と共に回転する環境検知センサ部材２６と、回転しないナセル側制御装置２９との間における電気接続は、避雷導線１８，１９の場合と同様にスリップリングを用いた有線通信としてもよいし、非接触通信（無線通信等）にしてもよい。ナセル側制御装置２９と、先述の地上側制御装置２３との間も、有線通信、または無線通信により接続されている。
【００３６】
ナセル側制御装置２９と地上側制御装置２３は、落雷検出装置Ａの制御手段として機能するものであり、環境検知センサ部材２６から出力される電気信号を受信した場合に、風車翼７が落雷を受けて破損したと判定し、落雷対処措置を取る。この落雷対処措置としては、風力発電装置１の運転停止、環境検知センサ部材２６の設置位置に基づく落雷箇所の判定と記憶、管理者への報知等である。環境検知センサ部材２６は、各風車翼７に少なくとも１基ずつ設置されているため、特定の環境検知センサ部材２６から電気信号の入力があった場合には、その環境検知センサ部材２６が設けられた特定の風車翼７が落雷を受けたことを意味し、地上側制御装置２３が風力発電装置から離れた遠隔地に設置されていても、落雷を受けた風車翼７を特定することができる。
【００３７】
以上のように構成された落雷検出装置Ａを備えた風力発電装置１において、３枚の風車翼７のいずれかが落雷を受け、穴が開いたり、折れたりして破損した場合には、図３に示すように、この落雷破損部から、風車翼７の内部空間Ｓに、落雷の光、または外光が進入すると同時に、落雷により瞬間的に高まった外部圧力が進入し、風車翼７の内部環境が大きく変化する。そして、この内部環境の変化が環境検知センサ部材２６に検知される。
【００３８】
例えば、環境検知センサ部材２６が光電変換センサであり、風車翼７の内部空間Ｓが暗室状に形成されている場合には、落雷破損部から外光が入ることにより、落雷前まで暗室であった内部空間Ｓが明るくなるため、環境検知センサ部材２６（光電変換センサ）が受光量の増大を検知する。また、環境検知センサ部材２６が圧電変換センサであり、風車翼７の内部空間Ｓが気密室状に形成されている場合には、落雷破損部から外圧が入ることにより、内部空間Ｓの内圧が急上昇するため、環境検知センサ部材２６（圧電変換センサ）が圧力の増大を検知する。
【００３９】
そして、環境検知センサ部材２６は、このように検知した内部空間Ｓの環境変化を電気信号に変換してナセル側制御装置２９に出力し、これをナセル側制御装置２９が地上側制御装置２３に伝送する。ナセル側制御装置２９および地上側制御装置２３は、前述のような落雷対処措置を取り、まず風力発電装置１の運転が停止され、さらに環境検知センサ部材２６の設置位置に基づく落雷箇所の判定（被雷した風車翼７の特定）と記憶、管理者への報知等がなされる。このため、落雷があったことが迅速に検知され、風力発電装置１自体およびその周囲に対する安全が確保されるとともに、風力発電装置１の管理者は落雷が発生したことを即座に認知でき、点検、破損部分の補修といった作業を迅速に開始することができる。
【００４０】
上記のように、風車翼７の内部空間Ｓの環境の変化を環境検知センサ部材２６で監視する構成とすることにより、落雷検出装置Ａを比較的簡素かつ軽量な構成にすることができる。このため、簡素で安価、かつ風力発電装置１に適した信頼性の高い構造により、落雷があったことを確実に判定することができる。環境検知センサ部材２６として光電変換センサを用いた場合には、落雷時のみならず、例えば風車翼７に鳥や飛行物体等が衝突して風車翼７が破損したような場合についても破損を検知することができる。
【００４１】
ところで、環境検知センサ部材２６として圧電変換センサを用いる場合には、もともと風車翼７の内部空間Ｓ内では、風力発電装置１の通常運転に伴う風車翼７の回転やピッチ変動に伴う緩い圧力変動（定常変動分）があるため、環境検知センサ部材２６（圧電変換センサ）から出力された信号を、例えばナセル側制御装置２９内に設置されたオシロスコープに一旦転送し、ここで例えばハイパスフィルタにより、緩い圧力変動分をキャンセルする信号処理を行うことが好ましい。このような制御を行うことにより、定常変動分である緩い圧力変動を環境検知センサ部材２６が感知しても、このような緩い圧力変動分は無視されるため、実際には風車翼７に着雷していないのに着雷したと誤判定が下されることを防止し、落雷検出装置Ａの信頼性を格段に高めることができる。
【００４２】
図４は、落雷検出装置Ａの制御の流れをフローチャートで示した図である。この制御の開始後、まずステップＳ１でロゴスキーコイルを用いた落雷検知部２１からの信号受信があるか否かが判定され、このステップＳ１が肯定判定の場合は、ステップＳ６に移行し、ナセル側制御装置２９および地上側制御装置２３により、運転停止、落雷箇所の判定、管理者への報知といった落雷対処措置が取られる。
【００４３】
また、ステップＳ１が否定判定の場合は、ステップＳ２に移行し、環境検知センサ部材２６からの信号受信があるか否かが判定され、このステップＳ２が否定判定の場合は、落雷が起きていないということになり、ステップＳ１に戻り、以後ステップＳ１とステップＳ２が反復される。
【００４４】
ステップＳ２が肯定判定であって、環境検知センサ部材２６として光電変換センサが用いられている場合には、ステップＳ３〜Ｓ５が省かれてステップＳ６に移行し、ナセル側制御装置２９および地上側制御装置２３により、運転停止、落雷箇所の判定、管理者への報知といった落雷対処措置が取られ、制御が終了する。
【００４５】
また、ステップＳ２が肯定判定であって、環境検知センサ部材２６として圧電変換センサが用いられている場合には、ステップＳ３に移行し、環境検知センサ部材２６からの信号がオシロスコープに転送され、次にステップＳ４に移行してハイパスフィルタにより緩い圧力変動分（定常変動分）をキャンセルする信号処理がなされる。
【００４６】
次に、ステップＳ５に移行し、上記の信号処理を行った後に、まだ圧力変動を示す信号成分が検出されるか否か、即ち本当に落雷による圧力変動か否かが判定される。このステップＳ５が肯定判定であればステップＳ６に移行し、ナセル側制御装置２９および地上側制御装置２３により、運転停止、落雷箇所の判定、管理者への報知といった落雷対処措置が取られて制御が終了する。
【００４７】
また、ステップＳ５が否定判定となった場合、例えば落雷ではなく強風による風車翼７の撓みに起因する圧力変動を環境検知センサ部材２６が誤検知したような場合には、ステップＳ１に戻り、以下の制御が反復される。
【００４８】
［第２実施形態］
図５は、本発明の第２実施形態である落雷検出装置Ｂが設置された風車翼７の斜視図である。この落雷検出装置Ｂでは、風車翼７の内部空間Ｓが隔壁３１によって複数の分割室Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃに仕切られ、これら各々の分割室Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃにそれぞれ環境検知センサ部材２６ａ，２６ｂ，２６ｃが設置されている。これらの環境検知センサ部材２６ａ，２６ｂ，２６ｃとしては、第１実施形態の落雷検出装置Ａと同様に、光電変換センサや圧電変換センサが用いられる。そして、これらの環境検知センサ部材２６ａ，２６ｂ，２６ｃの各々が分割室Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃの環境変化、即ち明るさや圧力の変化に応じて固有の電気信号を出力するようになっており、ナセル側制御装置２９および地上側制御装置２３はこれらの電気信号を識別して、落雷箇所を判定する。
【００４９】
つまり、図６に示すように、風車翼７の内部空間Ｓに画成された複数の分割室Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃのうち、例えば分割室Ｓｂの位置に落雷した場合、この分割室Ｓｂにおいてのみ、内部の明るさや圧力といった環境が変化し、この環境の変化を、分割室Ｓｂに設置された環境検知センサ部材２６ｂのみが検知し、その検知信号をナセル側制御装置２９に出力する。他の分割室Ｓａ，Ｓｃでは環境変化が起きないため、他の環境検知センサ部材２６ａ，２６ｃからは検知信号が出力されない。このため、ナセル側制御装置２９および地上側制御装置２３は、電気信号を出力した環境検知センサ部材２６ｂの位置情報から、落雷を受けた分割室Ｓｂの位置を容易に特定でき、落雷箇所を分割室Ｓｂと特定することができる。
【００５０】
以上のように構成された第１実施形態の落雷検出装置Ａまたは第２実施形態の落雷検出装置Ｂを風車翼７（風車回転翼８）に適用することにより、簡素で安価、かつ信頼性の高い構造によって、風車翼７への落雷の有無と、落雷箇所を判定することができる。なお、上記第１および第２実施形態では、空洞構造体として風車翼７を例示したが、ナセル５等、他の部分の空洞構造体にも落雷検出装置ＡまたはＢを適用することができる。
【００５１】
また、上記各実施形態では、風車翼７のような空洞構造体の内部空間Ｓにおける環境変化の例として、明るさの変化や圧力の変化を例示し、これを検知する環境検知センサ部材２６として光電変換センサや圧電変換センサを示したが、これらに限らず、落雷時における他の種の環境変化を検知するセンサを用いてもよい。例えば、音量センサを用いて落雷時の大音響を検知させたり、落雷につきものの異臭を検知する臭気検出センサとしてもよい。また、例えば風車翼７のような空洞構造体の内部空間Ｓに酸素成分を有さない気体を封入しておき、空洞構造体の内部に環境検知センサ部材２６としてＯ２センサを設置し、空洞構造体の外被が破損して内部空間Ｓに外気が流入した場合に、外気に含まれる酸素成分をＯ２センサに検知させて外被の破損を検出させるようにしてもよい。
【００５２】
このように、環境検知センサ部材２６として多種多様なセンサ類を使用できるため、落雷検出装置Ａ，Ｂの設計が容易であり、しかも複数種類のセンサ手段を並行して用いることにより、万一１つのセンサが機能を果たさなくても、他のセンサにより落雷が検知されるので、確実な落雷検知性能を発揮することができる。
【００５３】
ところで、本発明に係る落雷検出装置は、風力発電装置の風車回転翼のみに限らず、他の種の風車回転翼にも適用でき、さらには風力発電装置のみならず、他の建造物や移動体等にも幅広く適用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１ 風力発電装置（機械作動物）
４ タワー
５ ナセル
６ ロータヘッド
７ 風車翼（空洞構造体）
８ 風車回転翼
１１ 発電機
１４ 避雷針
１７ レセプタ
１８，１９ 避雷導線
２１ 落雷検知部
２３ 地上側制御装置（制御手段）
２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ 環境検知センサ部材（環境変化検知手段）
２９ ナセル側制御装置（制御手段）
Ａ，Ｂ 落雷検出装置
３１ 隔壁
Ｓ 内部空間
Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ 分割室
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空洞構造体に落雷し、該空洞構造体が破損した場合における該空洞構造体の内部空間の環境変化を検知し、この環境変化を電気信号に変換して出力する環境変化検知手段と、
前記電気信号を受信し、落雷があったと判定して落雷対処措置を取る制御手段と、を備えてなることを特徴とする空洞構造体の落雷検出装置。
【請求項２】
前記空洞構造体が機械作動物の構成部材である場合、前記落雷対処措置としては、前記機械作動物の運転停止、落雷箇所の判定、管理者への報知、が含まれることを特徴とする請求項１に記載の空洞構造体の落雷検出装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記環境変化検知手段から出力される前記電気信号のうち、前記機械作動物の通常運転に伴う定常変動分をキャンセルする信号処理を行うことを特徴とする請求項２に記載の空洞構造体の落雷検出装置。
【請求項４】
前記空洞構造体の内部空間が隔壁で複数の分割室に仕切られ、これら各々の分割室に前記環境変化検知手段がそれぞれ設けられ、これらの環境変化検知手段の各々が個別に、前記分割室の環境が変化した場合に電気信号を前記制御手段に出力し、前記制御手段はこれらの電気信号を識別して落雷箇所を判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空洞構造体の落雷検出装置。
【請求項５】
前記環境変化検知手段は光電変換センサであり、暗室状に形成された前記空洞構造体の内部空間に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の空洞構造体の落雷検出装置。
【請求項６】
前記環境変化検知手段は圧電変換センサであり、気密室状に形成された前記空洞構造体の内部空間に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の空洞構造体の落雷検出装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の空洞構造体の落雷検出装置を備えたことを特徴とする風車回転翼。
【請求項８】
請求項７に記載の風車回転翼を備えたことを特徴とする風力発電装置。
【請求項１】
空洞構造体に落雷し、該空洞構造体が破損した場合における該空洞構造体の内部空間の環境変化を検知し、この環境変化を電気信号に変換して出力する環境変化検知手段と、
前記電気信号を受信し、落雷があったと判定して落雷対処措置を取る制御手段と、を備えてなることを特徴とする空洞構造体の落雷検出装置。
【請求項２】
前記空洞構造体が機械作動物の構成部材である場合、前記落雷対処措置としては、前記機械作動物の運転停止、落雷箇所の判定、管理者への報知、が含まれることを特徴とする請求項１に記載の空洞構造体の落雷検出装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記環境変化検知手段から出力される前記電気信号のうち、前記機械作動物の通常運転に伴う定常変動分をキャンセルする信号処理を行うことを特徴とする請求項２に記載の空洞構造体の落雷検出装置。
【請求項４】
前記空洞構造体の内部空間が隔壁で複数の分割室に仕切られ、これら各々の分割室に前記環境変化検知手段がそれぞれ設けられ、これらの環境変化検知手段の各々が個別に、前記分割室の環境が変化した場合に電気信号を前記制御手段に出力し、前記制御手段はこれらの電気信号を識別して落雷箇所を判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空洞構造体の落雷検出装置。
【請求項５】
前記環境変化検知手段は光電変換センサであり、暗室状に形成された前記空洞構造体の内部空間に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の空洞構造体の落雷検出装置。
【請求項６】
前記環境変化検知手段は圧電変換センサであり、気密室状に形成された前記空洞構造体の内部空間に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の空洞構造体の落雷検出装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の空洞構造体の落雷検出装置を備えたことを特徴とする風車回転翼。
【請求項８】
請求項７に記載の風車回転翼を備えたことを特徴とする風力発電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１１７４４８（Ｐ２０１２−１１７４４８Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６７７１７（Ｐ２０１０−２６７７１７）
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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