JP2009030597A - 風力タービン保護 - Google Patents

Abstract

【課題】風力タービンブレードを雷撃から保護するための改善されたシステムおよび方法を提供すること。
【解決手段】本発明は、風力タービン用の落雷保護に関する。風力タービン１００の風力タービンブレード１０８用の落雷保護システム２００は、落雷レセプタ２０１がタービンブレードの表面２１２に搭載されるとき、落雷レセプタ２０１の一部分がタービンブレード１０８の後縁２１０を越えて突起するように、タービンブレード１０８の表面２１２に搭載するための導電性落雷レセプタ２０１、および／または全体的に細長い形状を有し、落雷レセプタ２０１の最大寸法が前記タービンブレード１０８が移動するように設計される方向と全体的に平行の状態になるように、搭載されるように構成される落雷レセプタ２０１を備えることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は一般に、例えば電力を発生させるために使用されるものなどの風力タービンの保護に関する。より詳しくは、本発明は風力タービン用の落雷保護に関する。

環境問題が世論で重要になってきているので、近年電力を発生させるための再生可能なエネルギ源が巨大に成長してきている。大きな支持を集めてきているそのようなエネルギ源の１つが風力タービンである。

効率的に動作させるために、かつ風から最大限の有用なエネルギを抽出するために、可能ならいつでも風力タービンは比較的風の強い区域に必然的に据えられる。しかしながら、そのような区域はより荒れ果てたかつ世の中の人里離れた地域に位置し、さらにしばしば雷を伴う暴風雨の比較的高い発生率に苦しむ傾向にある。このため、故障時間および必要とされる可能性のある修理の回数を最小限にし、その結果それらの風力タービンから生じる電力供給の信頼性を改善するために、そのような風力タービンに落雷保護を設けることが望ましくなる。

これらの所望の観点から、風力タービン、およびそれらの様々な部品を雷撃による損傷から保護するための多くのシステム開発されてきている。例えば、風力タービンのハブおよびベアリングを保護するためのシステム［１、２、３、４］、タービンブレードを保護するためのシステム［５、６、７、８、９、１０］、および風力タービン全体を保護するシステム［１１、１２、１３、１４］さえ存在する。

雷が目標物を撃つとき、落雷放電の結合過程は放電の物理法則に従う。例えば、風力タービンを撃つ雷は２つの方法のうちの１つで現れる可能性がある：すなわち、落雷放電がタービンから開始し雲に向かって上向きに移動する上向き落雷、または稲妻放電が荷電した雷雲から開始し風力タービンに向かって下る下向き落雷である。興味のある読者向けに、International Electrotechnical Commission 2002 Technical Report [１５]がこれらのメカニズムのより詳細、ならびに風力タービン発電機システムを雷撃から保護することに関与する原理および問題点のいくつかに対する包括的な背景紹介を提供している。

普通は、良好な風条件なので風力タービンは雷を伴う暴風雨中に動作するように作られているので、風力タービンロータの高回転速度が使用される。しかしながら、そのような高速回転は、落雷放電方向の予測不可能性と組み合わさって、タービンブレード上の雷撃放電が静止位置のままではなく、その代わりにタービンブレード表面に結合し、タービンブレード表面上を移動する。これが結果として次々にブレード表面の多数の穴あけ（または縫い目）になる可能性のある、いわゆるスウェプトストローク（ｓｗｅｐｔ ｓｔｒｏｋｅ）に繋がる可能性がある。さらに、そのような多数穴あけが起きない場合でさえ、落雷の最終的な破壊は、雷撃されたブレードの後縁のところに現れる可能性が高く、これが何故ほとんどのタービンブレードの損傷がしばしばこの縁部に起きるかの１つの理由である。

故に、従来型の落雷保護システムは通常全く保護がないよりましであるが、落雷によって撃たれるとき、そのような従来型の落雷保護システムを使用する風力タービンのブレードがそれらの後縁の層間剥離、および／またはスウェプトストロークによって引き起こされる損傷に苦しむのは珍しいことではない。
米国特許第６４５７９４３号公報 米国特許第６９３２５７４号公報 米国特許出願公開第２００４０１３０８４２号公報 米国特許出願公開第２００６００１３６９５号公報 米国特許出願公開第２００７０００９３６１号公報 国際公開第２００７０１７５３４号公報 国際公開第２００５０３１１５８号公報 国際公開第２００７０３８９３１号公報 国際公開第９６０７８２５号公報 ドイツ国特許出願公開第１００２２１２８号公報 ドイツ国特許出願公開第１９５０１２６７号公報 日本国特許出願公開第２００４３４２５１８号公報 日本国特許出願公開第２００２１４１１９２号公報 日本国特許出願公開第２００２３２０３１９号公報 IEC Technical Report TR 61400-24, "Wind Turbine Generator Systems-Part24: Lightning Protection," First Edition 07/2002, International Electrotechnical Commission, Geneva, Switzerland, 2002, ISBN 2-8318-6468-2.

したがって、風力タービンブレードを雷撃から保護するための改善されたシステムおよび方法を提供する必要性が依然として存在する。

本願出願人は、一般に従来型の風力タービン雷撃保護システムが風力タービンが回転システムであることを考慮して設計されず、風力タービンの静止した静電特性を念頭に置いて通常設計されることに気付いてきた。例えば、ブレードが第１の位置「Ａ」にあるときの静電界電位Ｅ_Ａは、そのブレードが第２の位置「Ｂ」にあるときの静電界電位Ｅ_Ｂと必ずしも同じではなく、静電界電位は時間とともに変化する可能性がある。故に本発明の様々な態様によれば、本願出願人は、雷撃と移動式の風力タービンブレードとの相互作用を考えるときの風力タービンシステムの動的電気特性を考慮することによって、そのような従来型システムの欠点に対処してきている。

故に、本発明の第１の態様によれば、風力タービンブレード用の落雷保護システムが提供される。この落雷保護システムは、タービンブレードの表面に搭載されるとき落雷レセプタの一部分がタービンブレードの後縁を越えて突起するように、タービンブレードの表面に搭載するための導電性落雷レセプタを備える。

タービンブレードの後縁を越えて突起する落雷レセプタを設けることによって、移動している間のブレードの後縁のための保護が提供される。その上、そのような落雷レセプタの様々な実施形態をブレードから静電電荷を放電するために使用することができる。それらはブレード周りの動的静電界電位の形状を制御し、それによって移動するブレードからの雷撃のチャネリングのために作り出されるべき制御される放電通路を可能にするためにも使用することができる。そのような落雷レセプタは、ブレードの表皮構造内に例えば埋め込むことができ、あるいはブレードに表面搭載することができ、後者は既存のタービンブレードにより容易に後から取り付けることができる。

本発明の第２の態様によれば、風力タービンブレード用の落雷保護システムが提供される。この落雷保護システムは、タービンブレードの表面に搭載するための導電性落雷レセプタを備える。この落雷レセプタは、全体的に細長い形状を有し、かつ落雷レセプタの最大寸法がタービンブレードが移動するように設計される方向と全体的に平行の状態になるように、搭載されるように構成される。

全体的に細長い形状を有し、落雷レセプタの最大寸法が前記タービンブレードが移動するように設計される方向と全体的に平行の状態になるように搭載されるように構成される落雷レセプタを設けることによって、ブレードの表面を横切って移動するスウェプトストロークに対する保護が提供される。

例えば、比較的薄い金属の線のようなまたはウィスカのような構造体を落雷レセプタとして使用することができ、これらはブレードが回転するときブレードによって画かれる弧状の通路に対して全体的に接線方向になるように、またはそのような弧状の通路の少なくとも一部分に実質的に沿うように、ブレード上の位置に配置することができる。さらに、比較的薄いまたは狭い、細長い構造体をそのような落雷レセプタ用に使用することは、表面抵抗のかなりの増加がブレードに全く加えられないという別の利点も提供する。そのようなレセプタは、静電界電位が時間とともに発達するとき、特にブレードが動いているとき、どのような雷撃も制御されないスウェプトストロークを引き起こしそうもないように静電界電位の安定性もさらに改善する。

本発明の第３の態様によれば、風力タービン用のタービンブレードが提供される。このタービンブレードは、導電性材料から作られる１つまたは複数の落雷バスが設けられる成型ブレード構造体と、タービンブレードの表面に搭載され、１つまたは複数の落雷バスに電気的に接続される本発明の第１および第２の態様による落雷保護システムとを備える。本発明の様々な実施形態は、タービンブレード内に設けられる複数のそのような落雷バスを使用することができる。これが、そのようなブレードに対する信頼性をさらに改善し、補修間隔を増加させ、かつ合計稼動寿命を改善する電気配線の冗長度を提供する。

本発明の第４の態様によれば、電力を発生させるための風力タービンが提供される。この風力タービンは、その第１の端部のところで大地電位に電気的に接続するための落雷導線を備える支持タワー構造体と、このタワー構造体によって支持されるナセルと、ナセル内に格納される発電機と、発電機に機械的に連結される回転可能なハブと、ハブに機械的に連結される本発明の第３の態様による少なくとも１つのタービンブレードとを備える。この少なくとも１つのタービンブレードの１つまたは複数の落雷バスは、落雷保護システムが落雷導線の第１の端部と電気的に接続されるように、回転可能ハブを介して落雷導線の第２の端部に電気的に接続される。

例えば、この分野で知られているように、落雷導線の第１の端部は、土壌内に埋め込まれたアース／接地板を介してアース電位に接続することができ、第２の端部はハブ内で、タービンブレードの落雷バスに接続されるスリップリングコネクタのところで終端することができる。様々な実施形態では、この落雷導線はタワー構造体に取り付けられる、またはタワー構造体内に設けられる内部または外部ダウンコンダクタとして設けることができる。

本発明の第５の態様によれば、電力を発生させる方法が提供される。この方法は、本発明の第４の態様による風力タービンを動作させるステップと、発生する電力を消費者による引き続きの消費のために電力網に供給するステップとを含む。そのような方法の１つの利点は、特に暴風雨天候および雷雲状況での供給信頼性が改善されることである。

本発明の第６の態様によれば、風力タービンを雷撃から保護する方法が提供される。この方法は、少なくとも１つの落雷レセプタのそれぞれを既存の風力タービンのそれぞれのタービンブレードのそれぞれの落雷バスに電気的に接続するステップと、その、または各落雷レセプタを既存の風力タービンのそれぞれのタービンブレードのそれぞれの表面に搭載するステップとによって、既存の風力タービンに本発明の第１または第２の態様による落雷保護システムを後から取り付けることを含む。様々な既存の風力タービンブレードは、しばしば落雷バス、例えばピンポイント型式の外部落雷導線を有するので、そのような方法はあまり大きくないコストで、かつ比較的少ない設置労力で様々な従来型風力タービンに対する改善された落雷保護を提供することができる。この目的のために、必要とされる１つまたは複数の落雷レセプタをキット形態で供給することができる。

図１は本発明による風力タービン１００の一実施形態を示す。この風力タービン１００は、ナセル１０２、タワー１０４、および少なくとも１つのロータブレード１０８および回転可能なハブ１１０を有するロータ１０６とを含む。ナセル１０２はタワー１０４上に搭載され、発電機１１２も格納する。ロータブレード１０８はハブ１１０に取り付けられ、ブレード１０８を移動させるのに十分な風力が存在するときハブ１１０を回転させる。ハブ１１０の回転が電力を発生させるための発電機１１２の動作を生じさせるように、ハブ１１０は歯車機構（図示せず）を含む場合のある連結機構１１４によって発電機１１２に機械的に連結される。

タワー１０４の構造体は、その第１の端部のところで大地電位に電気的に接続するための落雷導線またはダウンコンダクタ（分かり易くするため図示せず）を備える。この落雷導線の第１の端部は、土壌１１８内に埋め込まれたアース／接地板１１６を介して大地電位に接続され、第２の端部はハブ１１０内で、スリップリングコネクタ（分かり易くするため図示せず）のところで終端する。この分野で知られているようにこのスリップリングコネクタは、ダウンコンダクタの第２の端部をタービンブレード１０８の（図５に示す）それぞれの落雷バス２１５に電気的に接続する。

タービンブレード１０８の各落雷バス２１５は順番に、本発明の一実施形態による（図５に示す）それぞれの落雷保護システム２００に電気的に接続される。説明の目的で、そのような落雷保護システムの様々な実施形態を以下により詳細に説明する。

図２および３は、本発明の理解を助けるための従来型風力タービンロータブレード８を示す。図３は図２のロータブレード８を通る面Ａ−Ａ’内での横断面図を示す。

このロータブレード８は、中空の中央部分１６を有する航空翼形状のガラス繊維強化プラスチック（ＧＲＰ）構造体から形成される。このロータブレードは、ＧＲＰ材料の比較的薄い部分から形成される前縁９および後縁１０も有する。

少なくとも３つの落雷レセプタ１１がこの航空翼形状構造体の吸引／低圧表面１２内に埋め込まれている。これらの落雷レセプタ１１は、ブレード８の表面１２に沿って半径方向に間隔を開けて配置されるパッド形状の導電材料から形成される。各落雷レセプタ１１は、ブレード８の中空中央部分１６内に配設される落雷バス１５を形成する（例えば、鋼、アルミニウム、銅等から作られる）内部ワイヤにそれぞれの導線１４を介して電気的に接続される。この落雷バス１５は、ブレード８を強化し形状を維持するのに役立つ内部ブレース１３によって支持され、ブレード８の根元端部近くで風力タービン構造体内に設けられる従来型の落雷ダウンコネクタに接続することができる。

図４は、本発明の一実施形態による風力タービンブレード１０８を示す。ブレード１０８の構造それ自体は、ロータブレード１０８が中空の中央部分２１６を有する航空翼形状のＧＲＰ構造から形成されるという点で、従来型ブレード８に類似する。このロータブレードも、（例えば、構造体の残りの部分に対して設けられる２重シートＧＲＰ設計とは対照的に単一のＧＲＰシートとして設けられる）ＧＲＰ材料の比較的薄い部分から形成される前縁２０９および後縁２１０も有する。ＧＲＰ材料は、それが比較的軽くかつ重量比で良好な強度を有するので使用される。

しかしながら、従来型ブレード８と本発明のこの実施形態によるブレード１０８の間の重要な相違点は、落雷保護システム２００を設けることである。この実施形態の落雷保護システム２００は、ブレード１０８の吸引表面２１２内に埋め込まれた、好ましくは少なくとも３つの落雷レセプタ２０１、２０２、２０３を備える。これらの落雷レセプタ２０１、２０２、２０３は、ブレード１０８の表面２１２に沿って半径方向に間隔を開けて配置される細長い針形状の導電材料から形成される。

様々な実施形態では、これらの落雷レセプタ２０１、２０２、２０３は、例えば、ＧＲＰシェル／表面内に埋め込むことによって、積層工程中に固定することができる。この落雷レセプタの形状は、ほとんどの場合全体的に横断面で円形であることができ、銅からアルミニウム、鋼（例えば、良好な電気的かつ熱的伝導率を有する任意の材料）までの範囲にわたる材料を有し、その寸法は、一般に最大の予想される電流の全てを伝え、かつ発生しそうであるそれに伴う最大熱を消散させるのに十分大きくあるべきであるが、変更することができる。

様々な実施形態で、積層されるＧＲＰ材料が使用される。例えば、ＰＶＣ中間層が設けられるＧＲＰ層であるような、ＧＲＰ材料の直交積層を使用することができる。絶縁体であるＧＲＰの使用は、ＧＲＰは発生する可能性のある熱を容易に消散させることができないので、燃え始める可能性のある付随するリスクによって穴あきまたは層間剥離の高められたリスクに繋がる可能性があるので、出願人はブレードの供給に対し炭素繊維強化プラスチック（ＣＲＰ）材料の使用も予想している。

この３つの落雷レセプタ２０１、２０２、２０３は例示としてのみ示され、本発明の様々な代替実施形態が、タービンロータブレードの吸引表面および／または圧力表面のところに設置される１つまたは複数のそのような落雷レセプタを有して動作することができることに留意されたい。しかしながら、複数の落雷レセプタを設けることは、タービンブレード１０８の長さにわたる改善された保護をもたらすので、いくつかの実施形態では好ましい。

図５は、図４のロータブレード１０８を貫通する面Ｂ−Ｂ’での横断面を示す。各落雷レセプタ２０１、２０２、２０３は、それぞれのコネクタ２１４を介してブレード１０８の中空中央部分２１６内に配設される落雷バス２１５に電気的に接続される。この落雷バス２１５は、ブレード１０８を強化しかつその形状を維持するのに役立つ内部ブレース２１３によって支持され、ブレード１０８の根元端部近くで風力タービン構造体１００内に設けられる落雷ダウンコネクタに接続することができる。このブレース２１３は、ブレード１０８の航空翼形状の構造体と一体的に、またはそれに取り付けられる別個の構成部品としてのいずれかで、ＧＲＰまたはＣＲＰ材料から形成することができる。

落雷レセプタ２０１、２０２、２０３は、狭い形状の細長い（例えば、耐食性銅、鋼またはアルミニウムなどの）金属導電材料から形成され、タービンブレード１０８の後縁２１０を越えて突起するテーパのついた端部２０３を有する。例えば、この落雷レセプタ２０１は、Ｂ−Ｂ’面で落雷レセプタ２０１の全長の約５％から約２０％、３０％、４０％、５０％等までのタービンブレード１０８の後縁２１０を越えて突起する長さを備えることができ、落雷レセプタ２０１、２０２、２０３の全長は、根元から先端方向でのブレード１０８の半径に沿ったそれらの相対的な設置位置によって決まる。そのような突起部分２０４は、それが雷撃に対する最終的な破損位置として働くことができるので、長さで少なくとも数センチメートルにすることができる。

それらの形状およびブレード１０８の外側表面での位置のために、落雷レセプタ２０１、２０２、２０３は、ブレード１０８が回転しているときでさえ雷撃を誘引するのに特に適している。その上、落雷レセプタ２０１、２０２、２０３がブレード１０８の後縁２１０をオーバーハングするので、雷撃の放電がブレード１０８の後縁２１０に接近するとき雷撃を誘引するのを継続する傾向にある。これが、雷撃が完全に放電されるまで、雷撃がブレード１０８の後縁２１０のところのそれぞれの落雷レセプタ２０１、２０２、２０３に確実に結合したままであるのを助け、その結果、雷撃が後縁２１０のところでブレード１０８に損傷を引き起こすチャンスを減少させるのを助ける。

図６は、本発明の一実施形態によるロータブレード３０８の代替実施形態を貫通する横断面を示す。この実施形態では、ブレース３１３は、ブレード３０８の構造体の一体化した部分としてではなく、別個に成型されるＧＲＰまたは／およびＣＲＰ構成部品として形成される。このブレース３１３は、適切なエポキシ樹脂を使用する接着によってブレード３０８の構造体および落雷レセプタ２０５に取り付けられる。

落雷レセプタ２０５は細長い形態のものであり、ブレード３０８の後縁３１０を越えて突起するようにブレード３０８の吸引表面の一部分上を延びる。したがって、落雷レセプタ２０５は、ブレード３０８の吸引表面上での、かつ後縁３１０のところでのブレード３０８に対する改善される落雷保護を提供する。

図７は、本発明の一実施形態によるロータブレード４０８の別の実施形態を貫通する横断面を示す。このロータブレード４０８は、ブレード４０８の内部構造体に接着される別個に成型されるＧＲＰおよび／またはＣＲＰ構成部品として形成されるブレース４１３を含む。このブレースは、コネクタ４１４を介して落雷レセプタ２０６に電気的に接続される落雷バス４１５を支持する。

落雷レセプタ２０６は細長い形態のものであり、ブレード４０８の後縁４１０を越えて突起するように前縁４０９からブレード４０８の吸引表面上を延びる。したがって、落雷レセプタ２０６は、実質的にブレード４０８の吸引表面全体と前縁４０９の両方にわたるブレード４０８に対する改善される落雷保護を提供する。

図８は、本発明の一実施形態によるロータブレード５０８のさらに別の実施形態を貫通する横断面を示す。このロータブレード５０８は、ブレード５０８の内部構造体に接着される別個に成型されるＧＲＰ構成部品として形成されるブレース５１３を含む。このブレースは、コネクタ５１４を介して落雷レセプタ２０７に電気的に接続される落雷バス５１５を支持する。

落雷レセプタ２０７は細長い形態のものであり、ブレード５０８の吸引表面および圧力表面の両方の上を、かつブレード５０８の後縁５１０を越えて突起するように前縁５０９上を延びる。したがって、落雷レセプタ２０７はブレード５０８を一周し、または実質的にブレード５０８の横断面の周りを延びる。実質的にブレード５０８を一周することによって、ブレード５０８が稲妻の上方への／下方への１打ちによって打たれるとき、かつブレード５０８が回転している間ブレードが上昇／下降しているとき、ブレードが雷撃から保護されるように、落雷レセプタ２０７はブレード５０８に対する改善される落雷保護を提供する。

図９は、本発明の一実施形態による落雷レセプタ２０１を示す。この落雷レセプタ２０１は形状が全体的に細長く、テーパのついた端部２０３を有する。このテーパのついた端部２０３は、ブレード１０８の後縁２１０を越えて突起するように設計される。例えば、この落雷レセプタ２０１は、テーパのついた／尖った／ピンのような、等のものであり得、したがって、静電放電（ＥＳＤ）および／または雷撃に対する落雷レセプタ２０１の誘引力を高めるのに有用である。落雷レセプタ２０１を形成するために薄いウィスカのような、または線のような細長い導線を使用することは、重量低下を維持し、かつブレードが回転しているときブレード１０８によって起きる抵抗を実質的に増加させない利点も有する。落雷レセプタ２０１の最小寸法は、ＩＥＣ指標基準に従って決めることができる［１５］。

この落雷レセプタ２０１は、銅または鋼などの耐食性導電材料から作られ、固定手段２１８が設けられる。固定手段２１８は、落雷レセプタ２０１とコネクタ２１４の間の電気的連結を提供できるように、ブレード１０８の表面を貫通して中に設けられるコネクタ２１４に固定することができる例えばネジ、ボルト、リベット、溶接等として設けることができる。

図１０は、本発明の別の実施形態による落雷レセプタ２０８を示す。この落雷レセプタ２０８は形状が全体的に細長く、テーパのついた端部２２９を有する。このテーパのついた端部２２９は、ブレードの後縁を越えて突起するように設計される。この落雷レセプタ２０８は、ブレードが矢印２２２の方向に回転するときブレードが従うように設計される円弧２２０に実質的に沿った形状でやはり曲がっている。

この落雷レセプタ２０８は、銅または鋼などの耐食性導電材料から作られ、２つの固定手段２１８、２１９が設けられる。この固定手段２１８、２１９は、落雷レセプタ２０８とコネクタの間の電気的連結を提供できるように、ブレードの表面を貫通して中に設けられるコネクタに固定することができる例えばネジ、ボルト、リベット、溶接等として設けることができる。複数の固定手段を使用することは、落雷レセプタ２０８とコネクタの間のリンクに対する改善される物理的安定性および耐久性の両方をもたらし、かつ落雷レセプタ２０８をダウンコンダクタ（図示せず）の一部をなす１つまたは複数の別々の要素に電気的に接続するのにも使用することができる。故に、内蔵されているコネクタの冗長度の要素に加えて、落雷レセプタ２０８の長期間信頼性を改善するためのより低い抵抗を提供することができる。

図１１は、本発明のさらに別の実施形態による落雷レセプタ２１１を示す。この落雷レセプタ２１１は全体的に涙滴形状であり、テーパのついた端部２２８を有する。このテーパのついた端部２２８は、ブレードの後縁を越えて突起するように設計される。

この落雷レセプタ２１１は、銅または鋼などの耐食性導電材料から作られ、３つの固定手段２２５、２２６、２２７が設けられる。この固定手段２２５、２２６、２２７は、落雷レセプタ２１１とコネクタの間の電気的連結を提供できるように、ブレードの表面を貫通して中に設けられるコネクタに固定することができる例えばネジ、ボルト、リベット、溶接等として設けることができる。複数の固定手段を使用することは、上記で説明した様々な利点をもたらす。

勿論当業者は、複数の落雷レセプタを単一のタービンブレードにその落雷保護をさらに高めるために搭載することができることを理解するであろう。例えば、複数のそのような落雷レセプタを一定間隔の形態で先端部から内向きに離れて搭載することができ、あるいは別法として、そこでの落雷保護を高めるためにブレード先端ブレードにより近く（距離間隔を減少させて）より大きな密度で設けることができる。その上、様々な固定手段の使用およびそれらの数および種類も、当業者に容易に明らかであろう。

本発明は様々な態様および好ましい実施形態にしたがって説明されてきたが、本発明の範囲は単にそれらによって限定されず、それらの全ての変形形態および均等物も添付の特許請求の範囲に包含されることが出願人の意図であることを理解されたい。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。

本発明の一実施形態による風力タービンの図である。 従来型風力タービンロータブレードの図である。 図２のロータブレードを貫通する面Ａ−Ａ’内での横断面図である。 本発明の一実施形態による風力タービンブレードの図である。 図４のロータブレードを貫通する面Ｂ−Ｂ’内での横断面図である。 本発明の一実施形態によるロータブレードの代替実施形態を貫通する横断面図である。 本発明の一実施形態によるロータブレードの別の実施形態を貫通する横断面図である。 本発明の一実施形態によるロータブレードのさらに別の実施形態を貫通する横断面図である。 本発明の一実施形態による落雷レセプタの図である。 本発明の別の実施形態による落雷レセプタの図である。 本発明のさらに別の実施形態による落雷レセプタの図である。

符号の説明

８、１０８、３０８、４０８、５０８ ロータブレード
９、２０９、４０９ 前縁
１０、２１０、４１０ 後縁
１１、２０１、２０２、２０３、２０５、２０６、２０７、２０８、２１１、２１５ 落雷レセプタ
１２ 吸引／低圧表面
１３、２１３、３１３、４１３、５１３ ブレース
１４ 導線
１５、４１５、５１５ 落雷バス
１６、２１６ 中央部分
１００ 風力タービン
１０２ ナセル
１０４ タワー
１０６ ロータ
１１０ ハブ
１１２ 発電機
１１４ 連結機構
１１６ アース／接地板
１１８ 土壌
２００ 落雷保護システム
２０４、２２８、２２９ テーパの付いた端部（突起部）
２１４、４１４、５１４ コネクタ
２１８、２１９、２２５、２２６、２２７ 固定手段
２２０ 円弧
２２２ 矢印

Claims (14)

1. 風力タービンブレード用の落雷保護システム（２００）であって、導電性落雷レセプタ（２０１）がタービンブレード（１０８）の表面（２１２）に搭載されるとき、前記導電性落雷レセプタ（２０１）の一部分（２０４）が前記タービンブレード（１０８）の後縁（２１０）を越えて突起するように前記タービンブレード（１０８）の前記表面（２１２）のところに搭載するための前記導電性落雷レセプタ（２０１）を備える、落雷保護システム。
2. 前記落雷レセプタ（２０１）が全体的に細長い形状を有し、かつ前記落雷レセプタ（２０１）の最大寸法が前記タービンブレード（１０８）が移動するように設計される方向と全体的に平行になるように、前記落雷レセプタ（２０１）が搭載されるように構成される、請求項１記載の落雷保護システム（２００）。
3. 風力タービンブレード（１０８）用の落雷保護システム（２００）であって、タービンブレード（１０８）の表面（２１２）に搭載するための導電性落雷レセプタ（２０１）を備え、前記落雷レセプタ（２０１）が全体的に細長い形状を有し、かつ前記落雷レセプタ（２０１）の最大寸法が前記タービンブレード（１０８）が移動するように設計される方向と全体的に平行になるように、前記落雷レセプタ（２０１）が搭載されるように構成される、落雷保護システム（２００）。
4. 前記落雷レセプタ（２０１）が前記タービンブレードの前記表面（２１２）に搭載されるとき、前記落雷レセプタの一部分（２０４）が前記タービンブレード（１０８）の後縁（２１０）を越えて突起するように構成される、請求項３記載の落雷保護システム（２００）。
5. 前記落雷レセプタ（２０１、２０８）が線形状またはウィスカ形状である、前記請求項のいずれか１項記載の落雷保護システム（２００）。
6. 前記落雷レセプタ（２０１、２０８、２１１）が少なくとも１つのテーパのついた端部（２０３、２２８、２２９）を有する、前記請求項のいずれか１項記載の落雷保護システム（２００）。
7. 前記落雷レセプタ（２０６、２０７）が前記タービンブレード（４０８、５０８）の前縁（４０９、５０９）まで延びる、前記請求項のいずれか１項記載の落雷保護システム（２００）。
8. 前記落雷レセプタ（２０７）が前記ブレード（５０８）の横断面を取り囲む、または横断面の周りを実質的に延びる、前記請求項のいずれか１項記載の落雷保護システム（２００）。
9. １つまたは複数の追加の落雷レセプタ（２０２、２０３、２０８、２１１）を備える、前記請求項のいずれか１項記載の落雷保護システム（２００）。
10. 風力タービン（１００）用のタービンブレード（１０８）であって、
    導電性材料から作られる１つまたは複数の落雷バス（２１５）が設けられる成型ブレード構造体と、
    前記タービンブレード（１０８）の表面に搭載され、前記１つまたは複数の落雷バスに電気的に接続される、前記請求項のいずれか１項記載の落雷保護システム（２００）とを備える、タービンブレード（１０８）。
11. 前記ブレード構造体がガラス繊維強化プラスチック（ＧＲＰ）および／または炭素繊維強化プラスチック（ＣＲＰ）を備える、請求項１０記載のタービンブレード（１０８）。
12. 電力発生用の風力タービン（１００）であって、
    落雷導線の第１の端部（１１６）のところで大地電位に電気的に接続するための落雷導線をさらに備える支持タワー構造体（１０４）と、
    前記タワー構造体（１０４）によって支持されるナセル（１０２）と、
    前記ナセル（１０２）内に格納される発電機（１１２）と、
    前記発電機（１１２）に機械的に連結される回転可能なハブ（１１０）と、
    前記ハブ（１１０）に機械的に連結される、請求項１０または請求項１１記載の少なくとも１つのタービンブレード（１０８）とを備え、前記少なくとも１つのタービンブレード（１０８）の１つまたは複数の落雷バス（２１５）が、落雷保護システム（２００）が前記落雷導線の前記第１の端部（１１６）に電気的に接続されるように前記回転可能ハブ（１１０）を介して前記落雷導線の第２の端部に電気的に接続される、風力タービン（１００）。
13. 請求項１２の前記風力タービン（１００）を動作させるステップと、
    発電機（１１２）によって発生する電力を消費者による引き続きの消費のために電力網に供給するステップとを含む、電力を発生させる方法。
14. 少なくとも１つの落雷レセプタ（２０１、２０２、２０３）のそれぞれを既存の風力タービンのそれぞれのタービンブレードのそれぞれの落雷バスに電気的に接続するステップと、
    前記少なくとも１つの落雷レセプタ（２０１、２０２、２０３）のそれぞれを既存の風力タービンのそれぞれのタービンブレードのそれぞれの表面に搭載するステップとによって、
    既存の風力タービンに請求項１乃至９記載のいずれか１項による前記落雷保護システム（２００）を後から取り付けることを含む、風力タービンを雷撃から保護する方法。

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