CN215370126U - 一种加热装置及风电叶片、机翼 - Google Patents

Abstract

为克服现有风电叶片、机翼除冰装置加热不均匀、性能不持久的问题，从而提供一种加热装置，包括电极、加热层、上封装层、下封装层，所述加热层设置于所述下封装层表面，所述上封装层设置于所述加热层上背离所述下封装层的表面，所述电极与所述加热层相连接，所述加热层为石墨烯玻璃导电纤维编织体。通过在加热装置内设置由石墨烯玻璃导电纤维编织而成的加热层，通电即可实现风电叶片和机翼表面的均匀加热，结构简单、同时不影响叶片现有力学强度。

Description

一种加热装置及风电叶片、机翼

技术领域

本实用新型属于叶片除冰技术领域，具体涉及一种加热装置及风电叶片、机翼。

背景技术

现有技术中，飞机机翼、风电叶片等在极端低温环境下，易在叶片前缘结冰。飞机机翼结冰后，不仅飞行重量增加，而且气动外形会遭到破坏，使飞机的升力减小，操控性和稳定性下降，而从对飞机的飞行带来无法挽回的后果。风力发电是目前国内外应用最广的新能源，但由于气候的变化，特别是近几年我国冻雨天气增多带来严重的危害，尤其是三北地区的风力发电机组的叶片结冰现象很严重。在风力发电机组的转子叶片上产生结冰现象，叶片上结冰会影响叶片的翼型，从而影响叶片的气动性能，对风力发电机组造成很大的危害。

目前消除风电叶片或者机翼上结冰的通用方法有以下几种：

一是在叶片表面涂敷防覆冰疏水涂层和防覆冰吸热涂层，利用防冻液的溶液除冰技术及叶片自身的振动抖掉叶片上的结冰。这种方法往往在实验室测试阶段具有很好的效果，在实际风场的防结冰效果却非常有限，且疏水涂层随叶片服役时间的延长其性能退化比较明显。

二是在叶片上融合石墨烯、碳纳米管等加热膜，虽然石墨烯、碳纳米管的导热导电效果明显，但是对于加热均匀性以及力学性能方面还稍微欠缺，风电叶片和机翼在实际使用中剧烈运动，石墨烯、碳纳米管的结构可能会发生改变，从而影响加热效果，同时，加热膜会打破风电叶片现有结构，加热膜极易导致叶片层叠结构剥离分层，影响风电叶片现有结构强度，可靠性较差。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题是针对现有风电叶片、机翼除冰装置加热不均匀、性能不持久的问题，从而提供一种加热装置及风电叶片、机翼。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：

一方面，本实用新型提供了一种加热装置，包括电极、加热层、上封装层、下封装层，所述加热层设置于所述下封装层表面，所述上封装层设置于所述加热层上背离所述下封装层的表面，所述电极与所述加热层相连接，所述加热层为石墨烯玻璃导电纤维编织体。

可选的，所述电极设置于所述加热层的两端并与所述加热层位于同一水平面。

可选的，所述加热层为石墨烯玻璃导电纤维编织体。

可选的，所述加热层为石墨烯玻璃导电纤维与普通玻璃纤维混合编织体。

可选的，所述下封装层以及所述上封装层为不导电玻璃纤维编织体。

可选的，所述电极为金属纤维编织体。

可选的，所述石墨烯玻璃导电纤维编织体或者所述石墨烯玻璃导电纤维与普通玻璃纤维混合编织体的空隙填充有树脂。

可选的，所述不导电玻璃纤维编织体的空隙填充有树脂。

可选的，所述金属纤维编织体填充有树脂。

可选的，所述加热层的厚度为0.05-5mm；

所述上封装层的厚度为0.1-10mm；

所述下封装层的厚度为0.1-10mm。

另一方面，本实用新型提供了一种风电叶片，包括上述加热装置。

另一方面，本实用新型还提供了一种机翼，包括上述加热装置。

本实用新型的有益效果：通过在加热装置内设置由石墨烯玻璃导电纤维编织而成的加热层，石墨烯玻璃纤维将石墨烯优异的导电导热功能与玻璃纤维质轻高强度的优点结合起来，通电下即可实现面状的均匀快速加热，达到去冰、防冰效果。同时，石墨烯玻璃纤维高模量高强度的力学性能可满足加热装置在风电叶片以及机翼中的使用，即使面对长时间的转动，振动仍能保持优良的导热导电与加热性能，从而达到长久去冰、防冰效果，并且该加热装置结构简单，不会影响风电叶片和机翼的现有力学强度。

附图说明

图1为本实用新型实施例的加热装置的结构示意图：

标号说明：1、上封装层；2、加热层；3、电极；4、下封装层。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、背离……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

请参照图1，一种加热装置，包括电极3、加热层2、上封装层1、下封装层4，所述加热层2设置于所述下封装层4表面，所述上封装层1设置于所述加热层2上背离所述下封装层4的表面，所述电极3与所述加热层2相连接，所述加热层2为石墨烯玻璃导电纤维编织体。

通过在加热装置内设置由石墨烯玻璃导电纤维编织而成的加热层，石墨烯玻璃纤维将石墨烯优异的导电导热功能与玻璃纤维质轻高强度的优点结合起来，通电下即可实现面状的均匀快速加热，达到去冰、防冰效果。同时，石墨烯玻璃纤维高模量高强度的力学性能可满足加热装置在风电叶片以及机翼中的使用，即使面对长时间的转动，振动仍能保持优良的导热导电与加热性能，从而达到长久去冰、防冰效果，并且该加热装置结构简单，不会影响风电叶片和机翼的现有力学强度。

石墨烯玻璃导电纤维是一种在玻璃纤维表面包覆有石墨烯层，或玻璃纤维内部包含石墨烯的新型复合材料，石墨烯玻璃导电纤维不仅具有优异的导电、导热功能，在通电情况下即可实现面状的快速均匀加热，同时还具有质量轻、高强度等优异的力学性能，可以应对风电叶片以及机翼的使用需求，可长时间保持其优良的性能，延长加热装置的使用寿命。

本实用新型对石墨烯玻璃导电纤维的来源没有特别限定，可采用本领域常规方式制备或者商购获得，例如，石墨烯玻璃导电纤维的制备方法可以为：

(1)以气体碳源、固态碳源通过气相沉积法、高温裂解法，在玻璃纤维表面引入石墨烯层，得到石墨烯玻璃导电纤维；

(2)将玻璃粉与石墨烯粉复合，得到石墨烯/玻璃复合材料，再通过拉丝工艺得到石墨烯玻璃导电纤维；

在一些实施例中，所述电极设置于所述加热层的两端并与所述加热层位于同一水平面。

所述电极3用于电源与加热层2之间的电连接，实现加热层2的通电加热。

在一些实施例中，所述加热层2为石墨烯玻璃导电纤维与普通玻璃纤维混合编织体，采用石墨烯玻璃导电纤维与普通玻璃纤维进行混合编织，在保证加热层2发热效果的同时进一步提高了加热层2的力学强度，同时采用普通玻璃纤维替代部分石墨烯玻璃导电纤维可以降低生产成本。

在一些实施例中，所述下封装层4以及所述上封装层1为不导电玻璃纤维编织体。

所述下封装层4以及所述上封装层1用于对所述加热层2进行密封保护，采用不导电玻璃纤维编织体，使得所述下封装层4以及上封装层1具有良好的绝缘性和力学强度，不易断裂。

在一些实施例中，所述电极3为金属纤维编织体。

所述电极3为金属纤维编织体，金属纤维具有较低的电阻与编织性能，适应风电叶片和机翼对加热装置将电流快速无损耗导通至加热层的需求。

在一些实施例中，所述石墨烯玻璃导电纤维编织体或者所述石墨烯玻璃导电纤维与普通玻璃纤维混合编织体的空隙填充有树脂。

通过树脂对石墨烯玻璃导电纤维的缝隙进行填充，进一步增强加热层2的力学强度，可避免单一的石墨烯玻璃导电纤维体由于内部存在空隙而容易出现断裂等现象，影响加热装置的发热效果以及使用寿命。

在一些实施例中，所述不导电玻璃纤维编织体的空隙填充有树脂。

下封装层4以及所述上封装层1用于对所述加热层2进行密封保护，因此上封装层1以及下封装层4需要良好的密封性，而不导电玻璃纤维编织体具有较多的空隙，达不到所述密封性要求，因此需要用树脂对所述不导电玻璃纤维编织体进行填充，使得上封装层1和下封装层4具有良好的的耐热性、电绝缘性、粘结性、密封性能，可防水、防紫外线，使石墨烯玻璃纤维加热层2不受环境影响，延长加热装置的使用寿命。

在一些实施例中，所述金属纤维编织体填充有树脂。

通过树脂对金属纤维编织体的缝隙进行填充，进一步增强电极3的力学强度，可避免单一的金属纤维由于内部存在空隙而容易出现断裂等现象，影响电极3的电连接效果。

在优选的实施例中，所述树脂为环氧树脂、丙烯酸树脂或者聚醚醚酮树脂。

环氧树脂、丙烯酸树脂或者聚醚醚酮树脂具有优异的耐高温性能，即使加热层在通电发热的情况下，所述树脂仍能抵抗高温而不发生融化等形变，不会影响加热装置的力学性能。

本实用新型对所述树脂的填充方式没有特别限定，可采用本领域常规方式进行填充，例如灌胶等。

在一些实施例中，所述加热层的厚度为0.05-5mm；

所述上封装层的厚度为0.1-10mm；

所述下封装层的厚度为0.1-10mm。

当上封装层1的厚度小于0.1mm时，过薄的上封装层1无法对石墨烯玻璃纤维加热层2起到良好的保护效果，当厚度大于10mm时，过厚的上封装层1一方面会影响石墨烯玻璃纤维加热层2的发热效果，导致热量损失，达不到良好的去冰、防冰效果，另一方面过厚的上封装层1会影响到加热装置的整体力学强度，在使用过程中，容易出现断裂等现象。

所述加热层2的厚度为0.05-5mm，在该厚度范围内的石墨烯玻璃纤维加热层2既可以实现均匀快速的加热效果又能保持加热高强度的力学性能。

当下封装层4的厚度小于0.1mm时，过薄的下封装层4无法对石墨烯玻璃纤维加热层2起到良好的保护效果，当厚度大于10mm时，过厚的下封装层4会减弱加热装置的整体力学性能。

本实用新型提供了一种风电叶片，包括上述加热结构。

本实用新型还提供了一种机翼，包括上述加热结构。

本申请的加热装置可采用常规方式，例如：粘接、螺丝等方式安装在风电叶片或者机翼壳体上，也可采用整体灌注的方式与壳体一体成型。本申请的加热装置将加热功能融入叶片结构中，通电即可快速加热，石墨烯玻璃纤维编织物均匀、面状的加热方式，在不影响现有力学强度的情况下，即可实现快速去冰效果，结构简单，具有极高的经济效益。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限定本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种加热装置，其特征在于，包括电极、加热层、上封装层、下封装层，所述加热层设置于所述下封装层表面，所述上封装层设置于所述加热层上背离所述下封装层的表面，所述电极与所述加热层相连接，所述加热层为石墨烯玻璃导电纤维编织体。

2.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述电极设置于所述加热层的两端并与所述加热层位于同一水平面。

3.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述加热层为石墨烯玻璃导电纤维与普通玻璃纤维混合编织体。

4.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述下封装层以及所述上封装层为不导电玻璃纤维编织体。

5.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述电极为金属纤维编织体。

6.根据权利要求1或3所述的加热装置，其特征在于，所述石墨烯玻璃导电纤维编织体或者所述石墨烯玻璃导电纤维与普通玻璃纤维混合编织体的空隙填充有树脂。

7.根据权利要求4所述的加热装置，其特征在于，所述不导电玻璃纤维编织体的空隙填充有树脂。

8.根据权利要求5所述的加热装置，其特征在于，所述金属纤维编织体的空隙填充有树脂。

9.一种风电叶片，其特征在于，包括如权利要求1-8任意一项所述的加热装置。

10.一种机翼，其特征在于，包括如权利要求1-8任意一项所述的加热装置。

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