CN110198574B - 防雷电热融冰装置及其制造方法、叶片和风力发电机组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种防雷电热融冰装置及其制造方法、叶片和风力发电机组。所述防雷电热融冰装置包括：发热芯片，包括发热元件和对所述发热元件通电的汇流条，所述汇流条具有与外部电源连接的引出部；导热包封层，具有绝缘性，包覆除所述引出部之外的所述发热芯片；以及第一衬底和第二衬底，分别位于所述导热包封层的下方和上方，使得所述发热芯片和所述导热包封层夹在所述第一衬底和所述第二衬底之间。根据本发明的防雷电热融冰装置在对叶片进行电热融冰或防冰的同时降低了雷击风险，并且铺设过程简单，方便安装。

Description

防雷电热融冰装置及其制造方法、叶片和风力发电机组
技术领域
本发明涉及一种防雷电热融冰装置及制造防雷电热融冰装置的方法、叶片以及风力发电机组，具体来说，涉及一种用于风力发电机组的防雷电热融冰装置及制造该防雷电热融冰装置的方法以及包含该防雷电热融冰装置的叶片和风力发电机组。
背景技术
随着世界范围内能源的短缺以及环保意识的增强，风力发电成为了目前广泛应用的新能源，但是由于气候的变化，在冻雨天气下，风力发电机组的转子叶片上会出现结冰现象，对风力发电机组的影响巨大。
随着科技的发展出现了很多除冰方式，特别是对加热材料和加热工艺进行了研究。目前，针对风力发电机组的叶片结冰现象，通常采用的融冰方法是：在叶片结冰到一定程度时进行停机除冰，或者是等待气温回升自然除冰，或者在结冰不严重情况下，调节风力发电机进行降容使用，但是这些方法会降低风力发电机组的发电效率。
中国发明专利CN103826336A公开了一种风力发电机电热融冰转子叶片、电热芯片及成型装置和方法，其中，在叶片上敷设电热芯片，电热芯片由碳纤维材料编制而成，其两导线侧线从上下两侧引出。当叶片结冰时可以通电加热电热芯片为叶片融冰。
然而，如上所述，现有的风力发电机组的叶片电热融冰芯片和导电装置都是由电线连接加热芯片后直接敷设到叶片上，此类方式会给风力发电机组带来一定的雷击风险。
此外，在现有的融冰装置的安装过程中，需要进行多层铺设，对叶片表面的改动较大，不便于安装和对已结冰的叶片进行融冰。
发明内容
为了解决电热融冰芯片可能带来雷击风险、不便于安装等问题，本发明提供一种防雷电热融冰装置及制造防雷电热融冰装置的方法、叶片和风力发电机组。
本发明的一方面提供一种防雷电热融冰装置，所述防雷电热融冰装置包括：发热芯片，包括发热元件和对所述发热元件通电的汇流条，所述汇流条具有与外部电源连接的引出部；导热包封层，具有绝缘性，包覆除所述引出部之外的所述发热芯片；以及第一衬底和第二衬底，分别位于所述导热包封层的下方和上方，使得所述发热芯片和所述导热包封层夹在所述第一衬底和所述第二衬底之间。
优选地，所述发热元件和所述汇流条中的至少一个上可涂覆有绝缘涂层。
优选地，所述绝缘涂层可由热塑性绝缘胶或热固性绝缘胶形成。
优选地，所述发热元件可以为并排的碳纤维束或碳纤维束网格。
优选地，所述导热包封层、所述第一衬底和所述第二衬底中的至少一个可以是透明的。
优选地，所述导热包封层可利用EVA材料或PVB材料形成。
优选地，所述第一衬底和所述第二衬底可利用PET材料形成，或者所述第一衬底和所述第二衬底可利用不同材质形成。
优选地，所述导热包封层的侧表面可向外暴露。
本发明的另一方面提供一种风力发电机组的叶片，在所述叶片的前缘或后缘表面可设置如上所述的防雷电热融冰装置。
本发明的另一方面提供一种风力发电机组，所述风力发电机组包括如上所述的叶片。
本发明的另一方面提供一种制造防雷电热融冰装置的方法，所述制造防雷电热融冰装置的方法包括：铺设第一衬底；在所述第一衬底上依次铺设第一导热包封材料、发热芯片、第二导热包封材料以及第二衬底；将所铺设的层叠结构加热压制成一体，使得所述第一导热包封材料和所述第二导热包封材料包覆所述发热芯片的除了与外部电源连接的引出部之外的剩余部分。
优选地，所述制造防雷电热融冰装置的方法还可包括在铺设所述发热芯片之前在所述发热芯片上涂覆绝缘涂层。
优选地，所述发热芯片可包括发热元件和对所述发热元件通电的汇流条，所述汇流条可具有所述引出部。
优选地，所述第一导热包封材料、所述第二导热包封材料、所述第一衬底和所述第二衬底中的至少一个可以是透明的。
优选地，所述第一导热包封材料、所述第二导热包封材料可以为EVA材料或PVB材料。
优选地，所述第一衬底和所述第二衬底可利用PET材料形成。
根据本发明的防雷电热融冰装置，对装置的导电部分进行良好的绝缘封装，因此，即使在雷电天气下使用防雷电热融冰装置对叶片进行电热融冰或防冰，也可避免感应电荷出现，降低了雷击风险，特别是在发热元件上涂覆有绝缘涂层的情况下，可进一步提高装置的绝缘性能。
根据本发明的防雷电热融冰装置通过一体成型形成，整体厚度小，结构紧凑，减少了现有技术中由于安装融冰装置导致的叶片的改动。此外，这样一体的防雷电热融冰装置铺设过程简单，方便安装，也适用于对已结冰叶片进行融冰。
附图说明
图1是示出根据本发明的示例性实施例的防雷电热融冰装置的平面图；
图2是示出根据本发明的示例性实施例的防雷电热融冰装置的结构放大图；
图3是示出根据本发明的示例性实施例的防雷电热融冰装置的沿图2的I-I′线截取的截面图；
图4是示出根据本发明的示例性实施例的防雷电热融冰装置的沿图2的II-II′线截取的局部截面图。
附图标号说明：
100：防雷电热融冰装置，110：发热芯片，111：发热元件，112：汇流条，120：导热包封层，131：第一衬底，132：第二衬底。
具体实施方式
在下文中，将参照图1至图4详细说明本发明的示例性实施例，其中，为了清楚地示出图1的防雷电热融冰装置的结构细节，图2中对图1的防雷电热融冰装置的汇流条112之间的距离进行了大幅省略。
如图1至图4所示，根据本发明的示例性实施例的防雷电热融冰装置100包括发热芯片110、导热包封层120、第一衬底131和第二衬底132，其中发热芯片110包括发热元件111和对发热元件111通电的汇流条112，汇流条112具有与外部电源连接的引出部，导热包封层120具有绝缘性，包覆除所述引出部之外的发热芯片110，第一衬底131和第二衬底132分别位于导热包封层120的下方和上方，使得发热芯片110和导热包封层120夹在第一衬底131和第二衬底132之间。
当通过汇流条112对发热元件111通电时，发热元件111可产生热，用于融冰或者防冰。发热元件111可以为并排的碳纤维束，各碳纤维束的两端可分别连接到汇流条112，汇流条112的端部可从防雷电热融冰装置100中引出而构成引出部(如图1所示)，从而电连接到外部电源，以通过汇流条112对封装在防雷电热融冰装置100内部的发热元件111通电。相邻碳纤维束之间的间距可在5mm至20mm的范围。此外，发热元件111也可以为碳纤维束网格。当采用碳纤维束构成发热元件111时，发热元件111的端部可利用例如导电银胶通过点焊的方式与汇流条112连接。但是，发热元件111的材料、形状及布置方式不限于此，只要在电流通过发热元件111时由于其自身具有电阻而产生热量即可。
优选地，发热元件111上可涂覆有绝缘涂层，例如，可利用热塑性绝缘胶或热固性绝缘胶等绝缘材料涂覆在发热元件111的外表面上，使得发热元件111的表面与外部绝缘，以提高装置的绝缘性能。
汇流条112可形成为如图1和图2中示出的连接到所有发热元件111的一体的总线形式，也可形成为分别连接到一个或更多个发热元件111的分开的引线形式。汇流条112可以是诸如导线、层压汇流条等的导电连接器件。优选地，汇流条112的宽度可以为6mm至10mm，其厚度可以为1mm至5mm。汇流条112的材料可包含铝(Al)、银(Ag)、锡(Sn)、铜(Cu)、锌(Zn)中的一种或更多种。然而，汇流条112不限于上述构造，可根据实际需要选择合适的形状和材料，只要能够利用其对发热元件111通电即可。类似地，汇流条112上也可涂覆有绝缘涂层，以提高绝缘性能。
导热包封层120为包覆发热芯片110的绝缘层，可用于使发热芯片110与外部绝缘，保护发热芯片110，并且将发热芯片110产生的热量传导出来。如图3所示，导热包封层120可完全包覆包括汇流条112的侧表面(表面S1和S2)在内的整个发热芯片110。
导热包封层120可利用诸如具有导热性和绝缘性的高分子聚合物的材料形成，例如，在制造中，可先将用于形成导热包封层120的材料铺设在发热芯片110的上表面和下表面上，通过加热使材料呈流动态，然后通过压制使流动态的材料填充在发热芯片110的空隙中，并且包覆发热芯片110上表面、下表面以及侧表面，最后使呈流动态的材料固化，从而形成导热包封层120。
由于导热包封层120可填充并包覆发热芯片110，因此除了汇流条112的用作外部连接的引出部外，发热芯片110完全被封闭在绝缘的导热包封层120内部，可整体上对防雷电热融冰装置100的通电部分进行绝缘封装。
导热包封层120的材料可包括EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)材料或PVB(聚乙烯醇缩丁醛树脂)材料。优选地，可使用例如EVA材料的透明材料形成导热包封层120，以在导热包封层120成型后便于观察内部结构的完好性，例如，发热元件111是否被损坏等。作为示例，EVA材料的厚度可以为约0.38mm。
第一衬底131和第二衬底132覆盖在导热包封层120的下表面和上表面之上，形成防雷电热融冰装置100的外表面，保护防雷电热融冰装置100的内部结构免受外部环境的影响。第一衬底131和第二衬底132可具有绝缘特性，以进一步对发热芯片110进行绝缘封装。
在制造中，第一衬底131和第二衬底132可作为加热和压制的衬底(或框架)结构，例如，在上面描述的形成导热包封层120的过程中，可将第一衬底131和第二衬底132铺设在最下层和最上层，以将导热包封材料和发热芯片110夹在两层衬底之间，在压制时，可通过压制衬底层而使导热包封层120成型。
第一衬底131和第二衬底132的材料可包括诸如PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)材料等的热塑性聚酯材料或者其他材料。优选地，可使用例如PET材料的透明材料形成第一衬底131和第二衬底132，以在整个装置成型后便于观察其内部结构的完好性。作为示例，PET材料的厚度可以为1mm至3mm。第一衬底131和第二衬底132不限于上述材料，只要其可在制造中作为导热包封层120的材料的压制衬底即可。此外，导热包封层120、第一衬底131和第二衬底132中的至少一个可以是透明的，例如图1和图2所示，导热包封层120、第一衬底131和第二衬底132均为透明的。
尽管图3和图4示出第一衬底131和第二衬底132由相同材料形成，但是第一衬底131和第二衬底132也可由不同材料形成，例如，靠近叶片外部的第一衬底131的导热性和绝缘性可优于靠近叶片内部的第二衬底132，以更好地进行融冰/防冰和绝缘。
在上述结构中，导热包封层120和第一衬底131、第二衬底132对通电的发热芯片110进行了两层绝缘封装，使得防雷电热融冰装置100的绝缘性较好，因此，即使在雷电天气下使用防雷电热融冰装置100对叶片进行电热融冰或防冰，也可避免感应电荷出现，降低了雷击风险。此外，在发热元件111上涂覆有绝缘涂层的情况下，可进一步提高装置的绝缘性能。
根据本发明的风力发电机组可包括叶片，可在叶片的表面上设置如上面描述的防雷电热融冰装置100，例如，可在靠近叶片的前缘和后缘的部分上铺设防雷电热融冰装置100，以在出现结冰现象或温度降低时，对防雷电热融冰装置100通电加热，从而对叶片进行融冰或防冰，同时避免雷击风险。
根据本发明的防雷电热融冰装置100不仅能够在融冰或防冰的同时避免雷击风险，而且其结构一体成型，整体厚度较小，减少了由于安装融冰装置导致的叶片的改动，并且，这样的防雷电热融冰装置100铺设过程简单，方便安装，也适用于对已结冰叶片进行融冰。
根据本发明的制造防雷电热融冰装置100的方法可包括如下步骤：
首先，铺设第一衬底131。第一衬底131可以是诸如PET材料等的热塑性聚酯材料。
然后，在第一衬底131上铺设第一导热包封材料。第一导热包封材料可以是例如EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)材料或PVB(聚乙烯醇缩丁醛树脂)材料。优选地，第一导热包封材料可以为透明材料。
接着，在第一导热包封材料上铺设发热芯片110，并且在发热芯片110上覆盖第二导热包封材料。根据本发明的制造防雷电热融冰装置100的方法还可包括在铺设发热芯片110之前预先在发热芯片110上涂覆绝缘涂层。绝缘涂层可由热塑性绝缘胶或热固性绝缘胶等绝缘材料形成。发热芯片110可包括发热元件111和与发热元件111电连接的汇流条112，可通过汇流条112对发热元件111通电。第二导热包封材料可与第一导热包封材料相同。
然后，在第二导热包封材料上覆盖第二衬底132。第二衬底132可以是诸如PET材料等的热塑性聚酯材料。第二衬底132可由与第一衬底131相同或不同的材料形成，例如，第一衬底131和第二衬底132可具有不同的导热性和绝缘性。
接下来，对所铺设的层叠结构加热，使得第一导热包封材料和第二导热包封材料处于流动态，并通过层压机或高压釜加滚压机对层叠结构进行压制成型，使得导热包封材料填充并包覆发热芯片110，形成导热包封层120。
最后，经过排气处理等工艺，对压制成一体的层叠结构进行固化，形成防雷电热融冰装置100。优选地，为了便于排气等处理，第一导热包封材料和第二导热包封材料的侧表面向外暴露。
根据本发明的防雷电热融冰装置100，对装置的导电部分进行良好的绝缘封装，因此，即使在雷电天气下使用防雷电热融冰装置100对叶片进行电热融冰或防冰，也可避免感应电荷出现，降低了雷击风险，特别是在发热元件111上涂覆有绝缘涂层的情况下，可进一步提高装置的绝缘性能。
根据本发明的防雷电热融冰装置100通过一体成型形成，整体厚度小，结构紧凑，减少了现有技术中由于安装融冰装置导致的叶片的改动。此外，这样一体的防雷电热融冰装置100铺设过程简单，方便安装，也适用于对已结冰叶片进行融冰。
虽然已经参照本发明的示例性实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种改变。

Claims (14)

1.一种防雷电热融冰装置，其特征在于，所述防雷电热融冰装置(100)包括：
发热芯片(110)，包括发热元件(111)和对所述发热元件(111)通电的汇流条(112)，所述汇流条(112)具有与外部电源连接的引出部，所述发热元件(111)为并排的碳纤维束或碳纤维束网格；
导热包封层(120)，具有绝缘性，包覆除所述引出部之外的所述发热芯片(110)；以及
第一衬底(131)和第二衬底(132)，分别位于所述导热包封层(120)的下方和上方，使得所述发热芯片(110)和所述导热包封层(120)夹在所述第一衬底(131)和所述第二衬底(132)之间，
其中，所述第一衬底(131)和第二衬底(132)、所述导热包封层(120)与所述发热芯片(110)通过加热压制的方式压制成一体，所述导热包封层120的侧表面向外暴露，所述导热包封层(120)经加热后呈流动态填充在所述发热芯片(110)的空隙中，并且包覆所述发热芯片(110)上表面、下表面以及侧表面，
其中，所述第一衬底(131)和所述第二衬底(132)具有绝缘性，并且所述第一衬底(131)、所述第二衬底(132)和所述导热包封层(120)对所述发热芯片(110)形成两层绝缘封装。
2.根据权利要求1所述的防雷电热融冰装置，其特征在于，所述发热元件(111)和所述汇流条(112)中的至少一个上涂覆有绝缘涂层。
3.根据权利要求2所述的防雷电热融冰装置，其特征在于，所述绝缘涂层由热塑性绝缘胶或热固性绝缘胶形成。
4.根据权利要求1所述的防雷电热融冰装置，其特征在于，所述导热包封层(120)、所述第一衬底(131)和所述第二衬底(132)中的至少一个是透明的。
5.根据权利要求1所述的防雷电热融冰装置，其特征在于，所述导热包封层(120)利用EVA材料或PVB材料形成。
6.根据权利要求1所述的防雷电热融冰装置，其特征在于，所述第一衬底(131)和所述第二衬底(132)利用PET材料形成，或者所述第一衬底(131)和所述第二衬底(132)利用不同材质形成。
7.一种风力发电机组的叶片，其特征在于，在所述叶片的前缘或后缘表面设置如权利要求1-6任一项所述的防雷电热融冰装置(100)。
8.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括根据权利要求7所述的风力发电机组的叶片。
9.一种制造防雷电热融冰装置的方法，其特征在于，所述制造防雷电热融冰装置(100)的方法包括：
铺设第一衬底(131)；
在所述第一衬底(131)上依次铺设第一导热包封材料、发热芯片(110)、第二导热包封材料以及第二衬底(132)，所述第一导热包封材料和所述第二导热包封材料的侧表面向外暴露，所述发热芯片(110)包括发热元件(111)，所述发热元件(111)为并排的碳纤维束或碳纤维束网格；
将所铺设的层叠结构加热压制成一体，使得所述第一导热包封材料和所述第二导热包封材料包覆所述发热芯片(110)的除了与外部电源连接的引出部之外的剩余部分，经加热呈流动态的所述第一导热包封材料和所述第二导热包封材料填充在所述发热芯片(110)的空隙中，并且包覆所述发热芯片(110)上表面、下表面以及侧表面，固化后形成导热包封层(120)，
其中，所述第一衬底(131)和所述第二衬底(132)以及所述第一导热包封材料和所述第二导热包封材料具有绝缘性，并且所述第一衬底(131)、所述第二衬底(132)、所述第一导热包封材料和所述第二导热包封材料对所述发热芯片(110)形成两层绝缘封装。
10.根据权利要求9所述的制造防雷电热融冰装置的方法，其特征在于，所述制造防雷电热融冰装置(100)的方法还包括在铺设所述发热芯片(110)之前在所述发热芯片(110)上涂覆绝缘涂层。
11.根据权利要求9所述的制造防雷电热融冰装置的方法，其特征在于，所述发热芯片(110)包括对所述发热元件(111)通电的汇流条(112)，所述汇流条(112)具有所述引出部。
12.根据权利要求9所述的制造防雷电热融冰装置的方法，其特征在于，所述第一导热包封材料、所述第二导热包封材料、所述第一衬底(131)和所述第二衬底(132)中的至少一个是透明的。
13.根据权利要求9所述的制造防雷电热融冰装置的方法，其特征在于，所述第一导热包封材料、所述第二导热包封材料为EVA材料或PVB材料。
14.根据权利要求9所述的制造防雷电热融冰装置的方法，其特征在于，所述第一衬底(131)和所述第二衬底(132)利用PET材料形成。
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