KR101699640B1 - Cfrp 저항 시트 가열 - Google Patents

Cfrp 저항 시트 가열 Download PDF

Info

Publication number
KR101699640B1
KR101699640B1 KR1020157005864A KR20157005864A KR101699640B1 KR 101699640 B1 KR101699640 B1 KR 101699640B1 KR 1020157005864 A KR1020157005864 A KR 1020157005864A KR 20157005864 A KR20157005864 A KR 20157005864A KR 101699640 B1 KR101699640 B1 KR 101699640B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heating
blade
rotor blade
heating device
wires
Prior art date
Application number
KR1020157005864A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150041073A (ko
Inventor
크리스티안 클레멘스
Original Assignee
보벤 프로퍼티즈 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102013210205.4A external-priority patent/DE102013210205A1/de
Application filed by 보벤 프로퍼티즈 게엠베하 filed Critical 보벤 프로퍼티즈 게엠베하
Publication of KR20150041073A publication Critical patent/KR20150041073A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101699640B1 publication Critical patent/KR101699640B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/147—Construction, i.e. structural features, e.g. of weight-saving hollow blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/40—Ice detection; De-icing means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06—Rotors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/30—Lightning protection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T4/00—Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T4/00—Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/08—Overvoltage arresters using spark gaps structurally associated with protected apparatus
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y02E10/722—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49082—Resistor making
    • Y10T29/49083—Heater type

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Wind Motors (AREA)
  • Control Of Resistance Heating (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)
  • Elimination Of Static Electricity (AREA)

Abstract

본 발명은, 로터 블레이드(1)의 표면 영역에 배치되어 로터 블레이드(1)를 가열하는 가열 장치(33)를 포함하는, 풍력 터빈(100)의 로터 블레이드(1)에 관한 것이며, 상기 가열 장치(33)는 전기 전도성 가열 와이어들(2)을 구비하고, 가열 와이어들(2)은 사인형으로, 파도형으로 및/또는 지그재그형으로 연장되며, 사인 진폭, 파고(wave height) 또는 재그 높이(zag height)를 한정하는 진폭, 및 주기 길이, 파 길이 또는 재그 간격을 한정하는 파장을 갖고, 상기 진폭 및/또는 파장은, 가열 장치(33)의 비 표면 가열 출력을 부분 별로 변화시키도록 하는 방식으로, 가열 와이어들(2)을 따라 변화한다.

Description

CFRP 저항 시트 가열{CFRP RESISTIVE SHEET HEATING}
본 발명은 풍력 터빈의 가열 가능한 로터 블레이드에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 풍력 터빈의 로터 블레이드를 가열하는 방법에 관한 것이며, 본 발명은 풍력 터빈에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 로터 블레이드 내에 설치될 서지 방지기에 관한 것이며, 본 발명은 로터 블레이드를 가열하는 가열 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 가열 장치의 설계 방법에 관한 것이다.
풍력 터빈의 로터 블레이드에서는 0℃ 미만 또는 바로 그 이상의 온도에서 결빙이 나타날 수 있다. 선행 기술에서는 로터 블레이드 가열에 의해 이 문제에 대처한다. 풍력 터빈의 로터 블레이드의 제빙 방법은 EP 0842306호에 개시되어 있다. 이 방법의 과제는 로터 블레이드의 결빙으로부터 주어지는 단점을 피하기 위한, 구조적인 면에서 가급적 간단하고 저렴하며 효과적인 방법을 찾는 것이다. 상기 과제는 상기 간행물에 따라, 가열된 열 매체가 블레이드 노우즈 측 공동부를 관류한 후에 블레이드 벽의 영역에 상응하게 열 전달을 하면서 블레이드 후방 에지 측 공동부 내로 안내되고 거기서부터 배출됨으로써, 해결된다. 블레이드 기부에서 열 공기의 도입 후, 상기 열 공기는 블레이드 길이방향 축(블레이드 반경)을 따라 냉각된다. 이는 최고의 결빙이 일어나는, 즉 블레이드 끝단의 지점에서 제빙 효과가 이미 현저히 줄어든다는 단점을 갖는다.
본 발명의 과제는 상기 문제들 중 적어도 하나를 해결하는 것이다. 특히, 로터 블레이드를 따르는 각각의 위치들에 적합한 가열 성능을 가급적 목표화된 방식으로 제공할 수 있는 해결책이 제시되어야 한다. 적어도 대안적 해결책이 제시되어야 한다.
본 발명에 따라 청구항 제 1항에 따른 로터 블레이드가 제공된다. 이에 따라, 로터 블레이드를 가열하기 위해 로터 블레이드 표면 영역에 배치되는 가열 장치가 제공된다. 로터 블레이드 표면 영역 내의 위치는, 특히 상기 가열 장치가 로터 블레이드의 외부 셸 또는 외부 셸들 내에 배치된다는 것을 의미한다. 이를 위해, 가열 장치는 상기 외부 셸 내로 통합될 수 있고, 특히 섬유 강화 플라스틱으로 이루어진 외부 셸의 경우에, 가열 장치가 상기 재료 내에 적층될 수 있다. 또한, 가열 장치가 직접 외부 셸의 내부에 장착될 수 있고, 예를 들면 넓은 면적을 커버하도록 접착될 수 있다.
가열 장치는 가열 와이어들을 포함하고, 가열 와이어들은 사인형으로, 파도형으로 및/또는 지그재그형으로 형성된다. 가열 장치의 형성은 하기에서 부분적으로 설명되는 바와 같이 사인파 형상에 의해 양호하게 설명될 수 있다. 그러나, 이 경우 설명되고 이용되는 효과들은 엄격하게 수학적 의미에서 사인파에 제한되지 않는다. 가열 와이어들이 바로 곧게 연장되지 않고 그것의 사인형, 파도형 또는 지그재그형의 디자인에 의해, 그러한 선형의, 특히 직선의 디자인을 벗어나는 것이 중요하다. 이러한 디자인에 의해, 각각의 가열 와이어는, 하나의 선을 따라 배열되는 대신에, 스트립으로서 그리고 그에 따라 영역으로서 설계된다. 상기 스트립 또는 연결적으로 이러한 영역은, 각각의 영역에서 로터 블레이드 표면에 대해 평행하게 배열된다. 사인파에 대해, 이는 블레이드 표면에 대해 평행하게 진동하는 것을 의미한다.
사인 함수는 진폭 및 주기 길이를 갖는다. 이러한 값들은, 여기서 덜 중요한 위상 위치와 더불어, 사인파를 특징짓는다. 유사한 방식으로, 파도형 배열의 경우 진폭이 파고를 특징짓고, 지그재그형 패턴의 경우 진폭이 재그 높이(zag height)를 나타낸다. 주기 길이는 하나의 피크 값으로부터 다음 피크 값까지의 거리, 또는 곡선의 하나의 제로 통과점부터 다음 제로 통과점까지의 거리를 나타낸다. 이러한 의미에서 파장은, 파도형 디자인의 경우 2개의 파고점 사이의 간격, 또는 지그재그형 디자인의 경우 2개의 인접한 재그 사이의 간격을 나타낸다. 본 명세서에서, 용어 파장은, 사인형 디자인, 파도형 디자인 및 또한 지그재그형 디자인을 위한 간략화 및 통일화를 위해 사용된다.
가열 장치의 비 표면 가열 출력(specific surface heating output)을 점진적으로 변화시킬 수 있도록 하기 위해, 진폭 및/또는 파장이 가열 와이어를 따라 변하는 것이 제안된다.
이러한 제안은, 각각의 가열 와이어의 시작점과 끝점 사이의 거리가 동일하게 유지되는 가운데, 진폭 및/또는 파장의 변화에 의해, 가열에 유효한 가열 와이어의 길이가 늘어나며, 그리고 그에 따라 상기 시작점과 끝점 사이의 이러한 구간의 가열 출력이 증가한다는 사상에 기초한다.
가열 와이어들은 전기 전도성이고, 가열을 위해 연결적인 가열 전류가 공급된다. 상기 가열 전류는, 키르히호프 법칙에 따라, 각각의 가열 와이어를 따라 동일한 크기이며, 따라서 동일한 길이를 갖는 가열 와이어의 모든 섹션들에서 동일한 가열 출력을 일으킨다. 파장의 감소에 의해, 동일한 길이를 갖는 가열 와이어의 의 여러 섹션들이 동일한 영역에 위치하게 될 수 있고, 이는 이러한 영역의 가열 출력의 증가로 이어진다. 이로 인해, 비 표면 가열 출력이 증가하게 된다. 원칙적으로, 그러한 증가는 또한, 진폭의 증가에 의해 달성될 수 있으며, 그러나 진폭의 증가는, 연결 가열 와이어에 대해, 무엇 보다도 연결 와이어가 연장되어야만 하는 영역이 더 넓어지는 것을 야기할 것이다. 평행하게 연장되는 그리고 기본적으로 동일 위상으로 진동하는 다수의 가열 와이어가 사용될 때, 진폭의 증가는, 가열 와이어들이 위치하게 되는 가열 스트립의 적은 확대만으로도 이루어질 수 있다.
바람직하게, 진폭 및 파장은 각각 로터 블레이드 표면에 대해 평행하게 연장된다. 따라서, 가열 와이어들은 면 배열체를 형성하고, 상기 면 배열체는 로터 블레이드 표면에 대해 평행하며 로터 블레이드 근처에 위치하게 되고, 거기서 목표화된 방식으로 로터 블레이드 표면을 가열한다. 상기 가열은 결빙을 방지하거나 제거할 목적으로 역할을 한다는 것을 고려해야 한다. 이런 점에서, 가열 출력은 로터 블레이드 표면 상에서 필요하다.
바람직하게 가열 와이어들은 로터 블레이드의 길이 방향으로 연장된다. 이로 인해, 먼저 가열 와이어들이 블레이드 기부의 방향에서 로터 블레이드 끝단을 향해 설치될 수 있고, 상응하게 로터 블레이드의 긴 영역을 덮을 수 있다. 로터 블레이드 길이방향 축의 방향으로의 정렬에 의해, 로터 블레이드의 길이 방향으로 비표면 가열 출력의 변동이, 특히 파장의 변동에 의해, 이루어질 수 있다. 따라서, 로터 블레이드 길이 방향에서 비표면 가열 출력의 제안된 변동에 의해, 특히 강한 결빙이 로터 블레이드 끝단의 영역에서 예상될 수 있다는 사실이 고려될 수 있다. 여기서, 비 가열 출력은 국부적으로, 즉 로터 블레이드를 따르는 위치와 관련하여 간단히 조정될 수 있다.
바람직하게, 가열 와이어들이 로터 블레이드 끝단을 향해 일정한 파장 및/또는 더 작은 진폭을 갖는 것이 또한 제안된다.
비 표면 가열 출력은 바람직하게, 인접한 가열 와이어들 사이의 연결적인 간격의 선택, 가열 와이어들의 파장의 선택, 및 가열 와이어들의 진폭의 선택에 의해 조절된다.
줄어든 진폭이 파장의 감소에 의해 보상될 수 있다는 것이 또한 유리하다. 예를 들면, 감소된 공간 이용 가능성으로 인해, 진폭의 감소가 필요하게 되면, 이는 비표면 가열 출력의 감소로 이어질 수 있고, 비표면 가열 출력은 반대로 균형을 생성하도록 하기 위해 파장의 감소에 의해 증가하게 될 수 있다.
일 실시예에 따라, 가열 와이어들은 탄소 섬유로서 및/또는 탄소 섬유 로빙(roving)으로서 로터 블레이드 내에 통합되는 것이 제안된다. 이러한 디자인은 특히, 로터 블레이드가, 적어도 그의 외부 셸의 영역에서, 섬유 강화 플라스틱, 특히 탄소 섬유 강화 플라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic: CFRP)으로 이루어지는 경우에, 제안된다. 이 경우, 탄소 섬유 또는 탄소 섬유 로빙은 이러한 재료 내에 또는 이러한 구조물 내부에의 사용에 맞게 조정된다. 따라서, 외부 셸의 구성이 공지된 재료로 제한될 수 있다.
그러나, 가열 와이어들이 직선으로 설치되지 않기 때문에, 가열 와이어들이 실제로 로터 블레이드의 안정화에 대한 어떠한 기여도 할 수 없다는 것이 고려되어야 한다. 따라서, 로터 블레이드의 안정성 및 그에 따른 안정성을 위한 설계가 이러한 가열 와이어들과 무관하다. 이는 설계를 용이하게 한다.
따라서, 탄소 섬유 또는 탄소 섬유 로빙으로 이루어진 가열 와이어들은 간단한 방식으로 배열될 수 있고, 간단히 표현하면, 가열 와이어들은 적어도 통상의 금속 도체들에 비해 비교적 낮은 전기 전도성을 갖기 때문에, 가열 와이어들은 전기적 가열 저항으로서 기능하기에 매우 적합한 재료로 형성된다.
일 실시예에 따라, 가열 와이어들이 병렬로 연결되는 복수의 가열 와이어로 이루어진 가열 그룹으로 분할되고, 복수의 가열 그룹들이 서로 직렬로 연결된다. 그에 따라, 하나의 가열 그룹 내의 복수의, 대개 매우 많은 수의, 가열 와이어들이 공통의 시작점과 공통의 끝점에 전기적으로 서로 연결됨으로써, 서로 나란하게 되며 그리고 전기적으로 병렬로 연결된다. 바람직하게, 하나의 가열 그룹의 가열 와이어들은 또한, 그들의 사인형, 파도형 및/또는 지그재그형과 관련해서, 특히 예를 들어 위상에 관해, 서로 평행하다.
복수의 이러한 가열 그룹들은 전기적으로 직렬로 연결되고, 특히 로터 블레이드 길이 방향 축을 따라 일렬로 배열된다. 이러한 직렬 연결로 인해, 동일한 전류가 각각의 가열 그룹을 통해 흐른다. 각각의 가열 그룹이 또한 동일한 수의 가열 와이어들을 포함하고 상기 가열 와이어들이 하나의 가열 그룹 내에서 동일한 전기 값을 갖는다면, 역시 동일한 전류가 각각의 가열 와이어를 통해 흐를 것이다. 상이한 가열 그룹을 위한 가열 와이어들의 파장의 변화 또는 연결적으로 변화하는 선택에 의해, 상이한 비 표면 가열 출력이 각각의 상기 가열 그룹에 대해 설정될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 또는 대안으로서, 이를 통해, 비 표면 가열 출력이 하나의 가열 그룹 내에서 변화될 수 있다.
사실, 로터 블레이드 길이 방향 축을 따르는 진폭 및/또는 파장의 이러한 변화는, 연결적으로 요구되는 비 표면 가열 출력의 연속적인 또는 무단의(stepless) 설정을 가능하게 한다. 이는, 가열 그룹 내의 특정 연결과 무관하게 또는 다른 방식으로, 이루어질 수 있고, 단지 파장 및/또는 진폭의 변화에 의해서만 가능해진다.
바람직하게, 가열 장치가, 전체적으로 또는 개별적으로 그룹 단위로, 로터 블레이드를 중심으로, 즉 로터 블레이드 축을 중심으로 원주 방향으로 배열된다. 즉, 이 실시예에 따라, 가열 장치 및/또는 가열 그룹의 원주 방향으로의 분할이 방지된다. 이러한 설계를 위해서도 역시, 가열 장치가 블레이드 셸 내로 통합되는 것이, 특히 블레이드 셸 내에 적층되는 것이 바람직하다.
그러나, 일 실시예에 따라, 예를 들면 구성을 간단하게 하기 위해, 상이한 진폭 및/또는 상이한 파장이 상이한 가열 그룹에 대해 일관성 있게 요구될 수 있다. 가열 전류가 설정되면, 특정 가열 그룹에 대한 특정 파장 및 특정 진폭의 할당이, 가열 그룹에 대해 개별적인 비 표면 가열 출력을 할당하는 것을 가능하게 한다.
다른 실시예는, 로터 블레이드가 낙뢰 충돌을 회피하기 위한 전기적 피뢰 시스템을 포함한다. 이를 위해, 가열 장치는, 낙뢰가 로터 블레이드에 충돌하지 않는 한 갈바닉 절연이 제공되는 방식으로, 스파크 갭들(spake gaps) 또는 다른 과전압 보호 시스템 또는 서지 방지기들(surge protector)을 통해 피뢰 시스템에 연결되며, 따라서 서지 방지기들 또는 스파크 갭들이, 로터 블레이드 내로의 낙뢰에 의해 가열 장치 내에 전압이 유도되는 경우, 전류를 통과시키거나 전류가 건너 뛰도록 한다. 따라서, 가열 장치는 피뢰 시스템에 연결되지만, 정상 작동 시에 피뢰 시스템으로부터 갈바닉 절연된다. 따라서, 피뢰 시스템으로의 연결은 가열 장치의 정상 작동에 영향을 주지 않는다.
그러한 서지 방지기는, 예를 들면 적절한 크기의 다이오드로서 또는 배리스터(varistor)의 형태를 취하거나 그러한 소자들을 포함할 수 있다. 부분적으로 전류 방향에 의존하는, 이러한 소자들은 특정 전압이 초과될 때에만 도체이며 매우 높은 전기 저항을 갖는데, 이 경우 갈바닉 전도성을 갖지 않는 것으로 언급된다. 서지 방지기는 과전압을 편향시키며 그러한 점에서 과전압 보호 수단이고, 과전압 보호 수단이라는 용어는 본 출원서에서 서지 방지기와 동의어로 사용된다. 서지 방지기의 가능한 실시예는 스파크 갭이고, 이러한 맥락에서, 스파크 갭은 언급되지 않은 다양한 서지 방지기들에 대한 대표로 설명된다.
낙뢰가 로터 블레이드에 충돌하면, 경우에 따라, 전위 보상이 스파크 갭을 통해 실행될 수 있다. 이러한 전위 보상은 특히 낙뢰가 로터 블레이드에 충돌할 때 필요하고, 피뢰 시스템 내에 높은 전류를 야기하며, 그에 따라 가열 장치에, 특히 가열 와이어에, 전압을 유도한다. 특히 가열 장치의 보호를 위해, 이 전압은 편향되거나 또는 보상되어야 하고, 이를 위해 스파크 갭 또는 다른 서지 방지기가 제공된다.
일 실시예에 따라, 가열 장치를 피뢰 시스템에 연결하기 위한 서지 방지기, 특히 스파크 갭이, 가열 장치의 시작점과 끝점에 그리고 각각의 가열 그룹 사이에 각각 배치된다. 이로 인해, 전위 보상이 사이의 영역에서, 즉 가열 그룹들 사이에서, 스파크 갭들에 의해 달성되기 때문에, 낙뢰 충돌의 경우에 유도될 수 있는 가열 장치의 전체 길이에 걸친 높은 전압이 회피될 수 있다. 이 경우에 인가되는 최대 전압은, 각각의 가열 그룹에 대해, 전압이 스파크 갭에서 방전(sparkover)을 개시하기 이전에 개별 가열 그룹에서 유도될 전압과 정확히 동일한 전압으로 제한된다.
바람직하게, 로터 블레이드는 블레이드 기부 및 블레이드 끝단을 포함하고, 상기 가열 장치는 직렬로 연결되는 2개의 섹션으로 분할된다. 이러한 섹션들 중 제1 섹션은 블레이드 기부로부터 블레이드 끝단으로 연장되며, 제2 섹션은 거꾸로 블레이드 끝단으로부터 블레이드 기부로 연장된다. 이러한 2개의 섹션들은 간단히, 가열 전류를 상기 영역에 제공하기 위해, 블레이드 기부의 영역에서 전원에 연결될 수 있다. 따라서, 가열 전류는, 간단히 말해, 제1 섹션을 통해 블레이드 끝단으로 그리고 거꾸로 블레이드 끝단으로부터 제2 섹션을 통해 흐른다. 대안으로서, 가열 장치가 설명된 섹션들 또는 유사한 섹션들로 분할되지 않으면, 공급 라인을 블레이드 기부로부터 블레이드 끝단으로 지향하도록 할 수도 있다.
또한 본 발명에 따라, 적어도 하나의 로터 블레이드를 구비한 로터를 포함하는 풍력 터빈이 제공된다. 통상, 3개의 로터 블레이드가 제공된다. 풍력 터빈은, 그의 로터 블레이드가 가열 장치를 구비하며, 그리고 특히 적어도 하나의 실시예에 따라 상기에 설명된 바와 같이 설계되는 것을 특징으로 한다. 따라서, 풍력 터빈은 결빙이 발생할 수 있는 상황에서도 양호하게 사용될 수 있다.
또한 본 발명에 따라, 로터 블레이드의 전기적 피뢰 시스템과 로터 블레이드를 가열하기 위한 가열 장치 사이에 연결을 생성하기 위해 제공되는, 서지 방지기가, 특히 스파크 갭이, 제안된다. 서지 방지기 또는 스파크 갭은, 낙뢰가 로터 블레이드에 충돌하지 않는 한 갈바닉 절연이 제공되는 방식의 연결을 생성하도록 제공되며, 따라서 서지 방지기 또는 스파크 갭이 전류를 통과시키거나 전류를 건너 뛰게 하도록, 다시 말해 낙뢰가 로터 블레이드에, 특히 피뢰 시스템에, 충돌함에 의해, 전압이 가열 장치 내에 전압이 유도되는 경우, 전기적 방전이 달성되도록 한다. 따라서, 정상 작동 도중에, 스파크 갭은 갈바닉 연결을 방지한다. 낙뢰 충돌의 경우에, 서지 방지기 또는 스파크 갭은, 그러한 경우에 발생하는 전압이 방전을 야기할 수 있도록 하는 방식으로, 치수 설계된다. 따라서, 서지 방지기 또는 스파크 갭은, 가열 장치가 가열을 위한 전류를 공급받는 정상 가열 작동이 스파크 갭에서 방전을 유발하지 않도록 하는 방식으로, 치수 설계된다. 동시에, 스파크 갭 또는 다른 서지 방지기는, 특히 낙뢰 충돌에 의해 유도된 전압의 경우, 상기 전압이 가열 장치를 위험하게 하는 전압 레벨에 도달하기 이전에 방전이 발생할 수 있을 정도의 작은 간격을 구비하도록 하는 방식으로, 치수 설계되어야 한다.
바람직하게 서지 방지기가 캡슐화된 방식으로, 특히 모듈로서, 설계됨으로써, 낙뢰 충돌 및 그에 따른 서지 방지기에서의 방전의 경우에, 서지 방지기를 둘러싸는 요소들에 대한 발화 또는 폭발 위험이 방지되고, 서지 방지기는 외부로부터 로터 블레이드(1)에서 제거되고 및/또는 로터 블레이드(1) 내로 설치될 수 있다. 낙뢰 충돌의 경우, 짧은 시간 동안 서지 방지기에 높은 전압 및/또는 높은 전류가 발생할 수 있고, 주변 요소들, 특히 로터 블레이드 셸 또는 로터 블레이드의 다른 요소들에 대한 높은 전압 및/또는 높은 전류의 영향이 파괴적일 수 있으며 그리고 제안된 캡슐화에 의해 방지되거나, 적어도 제한된다. 예를 들면, 이로 인해, 그렇지 않은 경우 전압 방전에 의해 발생할 수 있는, 로터 블레이드 내의 폭발이 방지될 수 있다.
일 실시예에 따라, 서지 방지기는 리셉터 및 스파크 핀을 포함하는 스파크 갭으로서 설계된다. 리셉터는 피뢰 시스템에 연결되고, 피뢰 시스템에 대한 갈바닉 연결을 형성한다. 따라서, 낙뢰가 리셉터에 충돌한 다음 리셉터를 통해 피뢰 시스템에 도달한다. 스파크 핀은 가열 장치와 연결되고, 리셉터에 대해 기본적으로 절연된다. 리셉터와 스파크 핀 사이의 스파크 갭은, 방전 전압, 즉 스파크 핀과 리셉터 사이에서 스파크가 방전되는 전압을 결정하는 방식으로, 정의되고 선택된다. 따라서, 방전 전압은 스파크 핀과 리셉터 사이의 간격, 즉 스파크 갭에 의해 정해질 수 있다. 바람직하게 스파크 갭은 조절가능하다. 결과적으로, 한편으로는 설치시 조정이 이루어질 수 있고, 다른 한편으로는 예를 들면 침착에 의해 갭이 변화되면 조정이 실시될 수도 있다. 스파크 핀과 리셉터 사이의 상기 갭은 다른 방식으로도 결정될 수 있고, 핀이 사용될 필요도 없으며, 다른 형태, 예를 들면 구면(spherical surface)이 선택될 수도 있다.
바람직하게, 리셉터와 스파크 핀 또는 적어도 하나의 절연체가 서로 확고하게 연결된다. 이러한 점에서, 스파크 핀과 리셉터는 절연체 및 경우에 따라 다른 요소들과 함께 고정 유닛을 형성할 수 있다. 바람직하게, 이들은 모듈로서 형성되므로, 상기 모듈이 외부로부터 로터 블레이드에서 제거되거나 또는 로터 블레이드 내로 삽입될 수 있다. 특히, 낙뢰 충돌 및 이에 기초한 스파크 핀과 리셉터 사이의 방전의 경우에, 이는 방전 전압에 영향을 줄 수 있다. 필요하다면, 리셉터와 스파크 핀 사이의 갭은 조절되어야 하고, 세척이 실시되어야 하며 및/또는 상기 스파크 갭에서 보수가 이루어져야 한다. 이러한 목적으로, 그러한 모듈은, 보수를 위해 또는 대체 모듈을 사용하기 위해, 제거될 수 있다.
본 발명에 따라, 가열 장치의 설계 방법으로서,
- 가열 장치가 전기 전도성 가열 와이어들을 구비하며,
- 상기 가열 와이어들은 사인형으로, 파도형으로 및/또는 지그재그 형으로 연장되며,
- 상기 가열 와이어들은, 사인형 진폭, 파고 또는 재그 높이를 한정하는 진폭을 갖고,
- 상기 가열 와이어들은, 주기 길이, 파장 또는 재그 간격을 한정하는 파장을 가지며,
- 상기 진폭 및/또는 상기 파장은, 부분적으로 가열 장치의 비 표면 가열 출력을 조절할 수 있도록 하기 위해, 상기 가열 와이어를 따라 변화하고,
여기서, 상기 가열 장치는 복수의 가열 섹션으로 분할되고, 각 섹션에서의 진폭, 파장 및 가열 와이어들 사이의 간격이, 사전 결정된 가열 전류에 따라, 개별적인 가열 섹션을 위해 의도되는 비표면 가열 출력이 달성되도록 선택되는 것인, 가열 장치의 설계 방법이 제공된다.
따라서, 로터 블레이드용 가열 장치의 설계는, 진폭 및 파장 그리고 인접한 가열 와이어들 사이의 간격이 의도적으로 요구되는 또는 필요에 따라 정해지는 비 표면 가열 출력을 설정하기 위해 사용된다. 이러한 3개의 파라미터에 의해, 예를 들면 더 좁게 배열되는, 즉 서로 간에 더 작은 간격을 갖는 가열 와이어들에 의해 수용될 수 있는, 설비의 개별적인 치수와 같은 추가의 영향 인자들이 고려될 수 있다.
본 발명에 따라, 풍력 터빈의 로터 블레이드를 가열하기 위해 제공되고, 로터 블레이드의 적어도 하나의 실시예의 설명과 관련해서 이상에 설명된 바와 같이 설계되는 가열 장치가 제안된다.
본 발명에 따라, 로터 블레이드를 가열하는 방법이 제안된다. 바람직하게, 이 방법은 상기 가열 장치를 사용하고, 상기 실시예들 중 적어도 하나에 따른 로터 블레이드에 적용된다. 이를 위해, 가열 장치는, 가열 장치 및 그에 따라 상기 가열 장치가 배치되는 로터 블레이드의 적어도 일부를 가열하기 위한 전류를 공급받게 된다. 이러한 전류 공급은, 로터 블레이드 상의 결빙 발생이 우려되거나 예상될 때, 이루어진다. 결빙은, 특히 상응하는 기후 조건, 즉 어는 점 정도의 온도 및 상응하는 습도 그리고 풍속의 범위에서 예상된다. 추가로 또는 대안으로서, 기존의 결빙은, 몇가지 예를 들자면, 예를 들면 시각적으로 또는 풍력 터빈의 거동으로 인해 검출될 수 있다.
또한, 유도된 전압의 방전이 낙뢰 충돌의 경우에 일어난다. 낙뢰가 로터 블레이드의 피뢰 시스템에 충돌하는 경우에, 가열 장치 내에 전압이 낙뢰 충돌에 의해 유도되고, 이는 적어도 하나의 스파크 갭을 통해 피뢰 시스템의 방향으로 및/또는 직접 접지된 라인으로 방전된다. 또한, 제안된 방법은 로터 블레이드의 적어도 하나의 실시예와 관련해서 상기에 설명된 바와 같이 실시된다.
이하, 본 발명은 첨부된 도면을 참고하여 예로서의 실시예에 의해 이하에 더욱 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터 블레이드 도시한다.
도 2는 스파크 갭의 실시예를 도시한다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 로터 블레이드의 일부를 도시한 사시도이다.
도 3b는 일 실시예에 따른 로터 블레이드를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열 장치 및 그에 따른 탄소 섬유 가열 시스템을 도시한다.
도 4b는 제1 부분과 제2 부분으로 분할된 가열 장치를 도시한다.
도 4c는, 예시의 목적으로 개별 가열 그룹이 분리된 요소들로서 나타나는, 도 4b에 따른 가열 장치를 도시한 개략도.
도 5는 풍력 터빈을 도시한 개략적인 사시도.
도 1은 길이 방향 축을 따라 탄소 섬유 와이어들(2)이 관통하게 되는 본 발명에 따른 로터 블레이드(1)의 실시예를 개략적으로 도시한다. 탄소 섬유 와이어들은 블레이드 표면에 대해 평행하게 진동하는 사인 함수의 형태로 삽입된다. 사인 함수의 진폭은 블레이드 기부(3)로부터 블레이드 끝단(4)으로 감소한다. 블레이드 둘레가 블레이드 끝단을 향해 줄어들기 때문에, 블레이드 끝단에서 와이어들은 블레이드 기부에서보다 더 가깝게 놓인다. 따라서, 블레이드 표면에 대한 에너지 입력이 증가한다. 이는, 작동 도중에 블레이드 끝단이 블레이드 기부보다 더 높은 유효 속도로 이동되며 따라서 더욱 결빙되기 쉽기 때문에, 유리하다. 전류 회로는, 도면에 개략적으로만 도시되는, 라인(5)을 통해 완성된다.
따라서, 이 경우 비 표면 가열 출력은, 가열 와이어들, 즉 탄소 섬유 와이어들의 더 좁은 배열에 의해 증가하게 된다. 그럼에도 불구하고, 상응하는 파장을 선택함에 의해, 요구되는 비 표면 가열 출력이 조절될 수 있다.
또한, 로터 블레이드의 이동 방향으로, 즉 로터 블레이드(1)의 길이 방향을 가로질러, 비 표면 가열 출력은 가열 와이어들(2)의 간격을 변화시킴에 의해 영향받을 수 있다는 것이 인식될 것이다. 따라서, 비표면 가열 출력은, 로터 블레이드 길이 방향으로 즉 파장 및 진폭을 선택함에 의해, 그리고 로터 블레이드 길이 방향 축을 가로지르는 방향으로 즉 이동방향으로 가열 와이어들의, 특히 탄소 섬유 와이어들의, 상응하는 간격을 선택함에 의해 변동될 수 있다.
도 1은 가열 그룹들(35)로의, 즉 도시된 실시예에서 6개의 가열 그룹(35)으로의, 가열 장치(33)의 분할을 도시한다. 각각의 가열 그룹(35)은 다수의 가열 와이어들(2), 즉 탄소 섬유 와이어들(2)을 포함하고, 상기 와이어들은 각각의 가열 그룹(35)에서 서로 평행하게 연결된다. 가열 그룹들(35)은 서로 직렬로 연결된다. 블레이드 기부(3) 및 블레이드 끝단(4)은 각각 하나의 전기적 노드를 포함하고, 상기 노드에서 가열 와이어들(2)이 각각 전기적으로 연결된다. 이런 점에서, 블레이드 기부(3)와 블레이드 끝단(4)은 가열 장치(33)의 외측 단부들 또는 각각 시작점과 끝점을 구성한다.
탄소 섬유 와이어들(2)이 전도성이기 때문에, 이들은 잠재적인 낙뢰 충돌 위치를 구성한다. 이 때문에, 상기 와이어들이, 개략적으로만 도시된, 블레이드의 피뢰 시스템(6)에 연결되는 것이 바람직하다. 피뢰 시스템(6)은 통상, 블레이드 끝단 금속 캡(7)으로부터 블레이드 기부(3)까지, 블레이드 내부에 배열된다. 탄소 섬유 와이어들은, 블레이드 길이 방향 축을 따라 규칙적인 간격으로, 라인(8)을 통해 피뢰 시스템(6)과 연결된다. 가열 작동 도중에 전류 회로를 단락시키지 않기 위해, 라인(8) 내에 스파크 갭(9)이 제공된다.
그러나, 낙뢰 충돌의 경우, 낙뢰 충돌은 탄소 섬유 와이어들(2)의 파괴를 야기할 수 있기 때문에, 낙뢰는 실제로 탄소 섬유 와이어(2)에 충돌하는 것으로부터 방지되어야 한다. 그럼에도 불구하고, 낙뢰는 피뢰 시스템(6)에 높은 전류를 일으킬 수 있고, 그로 인해 탄소 섬유 와이어들(2)에 및 그에 따라 개별 가열 그룹들(35)에 전압을 유도할 수 있다. 따라서, 각각의 가열 그룹(35)은 2개의 스파크 갭(9)을 통해 피뢰 시스템(6)에 연결된다. 따라서, 낙뢰 충돌에 의해 유도된 그러한 전압은 각각의 가열 그룹(35)에 대해 상응하는 스파크 갭들(9)을 통해 방전된다.
도 2는 스파크 갭의 가능한 실시예를 도시한다. 병렬 연결되는 복수의 탄소 섬유 와이어(2)를 대표하는 탄소 섬유 와이어(2)는 라인(8.1)을 통해 핀 부재(10)에 갈바닉 연결되며, 핀 부재(10)는, 낙뢰 리셉터(lightning receptor: 12)의 대응면(32)에 대해 미리 정해진 간격을 두고 배치되거나 또는 간격을 실질적으로 정할 수 있는 스파크 핀(30)을 포함한다. 이를 위해, 조절 나사(40) 및 조절 너트(42)가 제공된다. 따라서, 스파크 핀(30)은 요구되는 간격을 위해 핀 부재(10)의 베이스(44) 내로 나사 조임될 수 있고, 이 위치는 조절 너트(42)에 의해 고정될 수 있다.
핀 부재(10)는 전기 절연체들(11)을 통해 낙뢰 리셉터(12)로부터의 거리를 유지하게 된다. 금속 낙뢰 리셉터(12)는 로터 블레이드(1)의 표면을 관통하고, 낙뢰 충돌의 끌어당김 및 목표화된 수용을 위한 역할을 한다. 낙뢰 리셉터는 접지된 피뢰 시스템(6)에 연결된다.
낙뢰가 피뢰 시스템(6)에 충돌하여, 탄소 섬유 와이어(2)에 또는 적어도 하나의 가열 그룹(35)에 전압을 생성하면, 핀 부재(10)와 낙뢰 리셉터(12) 사이의 전압이, 이들 부재 사이에 방전이 일어날 정도로, 증가할 것이다. 이에 반해, 정상적인 가열 작동에서는 방전이 생기지 않는다. 따라서, 가열을 위해 가열 장치에 공급되는 전류는 가열 작동 동안 방전되지 않는다.
도 3a는 블레이드 표면 상의 낙뢰 리셉터들(12)을 도시한다. 낙뢰 리셉터들은, 4개의 낙뢰 리셉터들(12) 중 2개에 대해 도 3b에 의해 도시되는 바와 같이, 스파크 갭(9) 내로 삽입되지 않은 상태로도 사용될 수 있다.
도 4a, 4b 및 도 4c는, 탄소 섬유 가열 시스템(13)으로도 언급될 수 있는 가열 장치(33)의 실시예들을 도시한다. 가열 장치(33) 또는 탄소 섬유 가열 시스템(13)은 로터 블레이드의 섬유 강화 플라스틱 구조물 내로 통합되고, 도 4a, 4b 및 4c는 로터 블레이드 없이 가열 장치(33) 또는 탄소 섬유 가열 시스템(13)을 도시한다.
바람직하게, 로터 블레이드를 제조하기 위한 그리고 그에 따라 탄소 섬유 가열 시스템(13) 또는 그의 부분의 제조를 위해, 도 4b에서 하프 셸(14)로서 도시되는 2개의 하프 셸이 사용된다. 또한, 이러한 하프 셀들에 대해, 가열 장치의 요소들만 도시된다. 하프 셸들(14)은 상응하는 탄소 섬유 와이어들(2)을 구비한다. 탄소 섬유 와이어들은, 블레이드 하프 셸을 제조하기 위한 상응하는 몰드 또는 상응하는 블레이드 하프 셸들 내로 삽입되고, 특히 하프 셸 내로 통합되도록 하기 위해 동일한 수지로 함침된다. 각각의 하프 셸(14)은 길이방향으로, 각각 하나의 가열 그룹을 형성하는, 요소들(15)로 분할된다. 이로 인해, 특히 제조가 간단해지도록 한다. 또한, 이로 인해 도 1에서 라인(8.1) 및 (8.2) 및 스파크 갭(9)으로 도시된 바와 같은 연결이 달성될 수 있다.
예를 들면, 하프 셸들(14)은, 도 4a에 도시된 바와 같이, 함께 놓여 함께 연결될 수 있거나, 또는 이들은, 블레이드 끝단(4)에 위치하게 되는 영역에서의 연결의 생성 및 블레이드 기부(3)에 위치하게 되는 영역에서의 공급 전압에 대한 연결의 생성을 통해, 전기적으로 분리된 방식으로 또는 직렬로 연결될 수 있다.
도 5는 타워(102)와 기관실(104)을 포함하는 풍력 터빈(100)을 도시한다. 3개의 로터 블레이드(108)와 하나의 스피너(110)을 포함하는 로터(106)가 기관실(104) 상에 위치하게 된다. 로터(106)는 작동 중에 바람에 의해 회전 운동 상태로 되고, 이로 인해 기관실(104) 내의 발전기를 구동한다.

Claims (16)

  1. 풍력 터빈(100)의 로터 블레이드(1)로서,
    상기 로터 블레이드(1)의 표면 영역에 배열되어 상기 로터 블레이드(1)를 가열하는 가열 장치(33)를 포함하며,
    상기 가열 장치(33)는 전기 전도성 가열 와이어들(2)을 구비하고,
    상기 가열 와이어들(2)은, 사인형, 파도형 및 지그재그형 중 적어도 하나의 형태로 연장되며, 사인 진폭, 파고 또는 재그 높이를 한정하는 진폭을 가지며, 그리고 주기 길이, 파장 또는 재그 간격을 한정하는 파장을 갖고,
    상기 로터 블레이드(1)는 블레이드 기부(3)와 블레이드 끝단(4)을 포함하고, 상기 가열 와이어들은 상기 블레이드 기부(3)보다 상기 블레이드 끝단(4)에서 더 좁은 배열을 갖고, 상기 블레이드 끝단(4)에서의 상기 가열 와이어들의 더 좁은 배열로 인하여, 상기 가열 장치(33)의 비 표면 가열 출력이 상기 블레이드 끝단(4)을 향해 반드시 증가하도록 상기 가열 와이어들(2)이 배치되며,
    상기 가열 와이어들의 배치에도 불구하고 상기 가열 장치(33)의 비 표면 가열 출력을 각 섹션에 대하여 조절할 수 있도록 하기 위해, 상기 진폭 및 상기 파장 중 적어도 하나가 상기 가열 와이어들(2)을 따라 변화하는 것인 로터 블레이드.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 진폭 및 상기 파장은 각각 상기 로터 블레이드 표면에 대해 평행하게 배열되는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 가열 와이어들(2)은 상기 로터 블레이드(1)의 길이 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 가열 와이어들(2)은 탄소 섬유(2) 및 탄소 섬유 로빙 중 적어도 하나로서 상기 로터 블레이드(1) 내로 통합되는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 가열 와이어들(2)은 평행하게 연결되는 복수의 가열 와이어들(2)로 이루어진 가열 그룹들(35)로 분할되고,
    2 이상의 가열 그룹(35)이 서로 전기적으로 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 가열 와이어들(2)은, 각각의 가열 그룹(35) 내에서, 상이한 진폭, 상이한 파장 및 인접한 가열 와이어들 사이의 상이한 간격 중 적어도 하나를 갖는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 로터 블레이드(1)는 낙뢰를 회피하기 위한 전기적 피뢰 시스템(6)을 구비하고, 그리고
    상기 가열 장치(33)는, 서지 방지기(9)를 통해 낙뢰가 상기 로터 블레이드(1)에 충돌하지 않는 한 갈바닉 절연이 제공되며, 그리고 상기 로터 블레이드(1) 내로의 낙뢰의 충돌에 의해 상기 가열 장치(33) 내에 전압이 유도될 때 전류가 개별적인 서지 방지기(9)를 통과하거나 또는 건너 뛰게 하도록 하는 방식으로, 상기 피뢰 시스템(6)에 연결되는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 가열 장치(33)를 피뢰 시스템(6)과 연결하기 위한 서지 방지기(9)는, 상기 가열 장치(33)의 시작점과 끝점에 그리고 각각의 가열 그룹 사이에 개별적으로 위치하게 되는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 가열 장치(33)는, 상기 블레이드 기부(3)로부터 상기 블레이드 끝단(4)까지 연장되는 제1 섹션 및 상기 블레이드 끝단(4)으로부터 상기 블레이드 기부(3)까지 연장되는 제2 섹션을 포함하고,
    2개의 섹션은 모두 전기적으로 직렬로 연결되며 그리고 상기 블레이드 기부(3)의 영역에서 상기 가열 장치(33)의 가열을 위한 전류를 제공하기 위한 전원에 연결되는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
  10. 풍력 터빈(100)으로서,
    제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 로터 블레이드(1)를 구비한 로터를 포함하는 것인 풍력 터빈.
  11. 로터 블레이드(1)의 전기적 피뢰 시스템(6)과 상기 로터 블레이드(1)의 가열을 위한 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 따른 가열 장치(33) 사이의 연결을 생성하기 위한 서지 방지기(9)로서,
    상기 서지 방지기(9)는, 낙뢰가 상기 로터 블레이드(1)에 충돌하지 않는 한 갈바닉 절연이 제공되며 그리고 상기 로터 블레이드(1) 내로의 낙뢰의 충돌에 의해 상기 가열 장치(33) 내에 전압이 유도될 때 전류가 상기 서지 방지기를 통과하거나 또는 건너 뛰게 하도록 하는 방식의, 연결을 생성하기 위해 제공되는 것인 서지 방지기.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 서지 방지기(9)는 캡슐화된 방식으로 설계되어, 낙뢰 충돌 및 그에 따라 상기 서지 방지기에 나타나는 전압 방전의 경우, 상기 서지 방지기를 둘러싸는 요소들에 대한 발화 또는 폭발 위험이 방지되고, 상기 서지 방지기는 외부로부터 상기 로터 블레이드(1)에서 제거되며 그리고 상기 로터 블레이드(1) 내로 삽입될 수 있는 것을 특징으로 하는 서지 방지기.
  13. 제 11항 또는 제 12항에 있어서,
    스파크 갭(9)으로서 구성되며,
    상기 피뢰 시스템(6)에 대한 갈바닉 연결을 위한 리셉터(12), 및 상기 가열 장치(33)에 대한 갈바닉 연결을 위한 스파크 핀(30)을 포함하며,
    상기 리셉터(12)와 상기 스파크 핀(30) 사이의 스파크 간격은, 상기 스파크 핀(30)과 상기 리셉터 사이에서 스파크가 방전되는 방전 전압을 결정하고,
    스파크 간격은 조절될 수 있는 것인 서지 방지기.
  14. 가열 장치의 설계 방법으로서,
    상기 가열 장치(33)는 전기 전도성 가열 와이어들(2)을 포함하고,
    상기 가열 와이어들(2)은 사인형, 파도형 및 지그재그형 중 적어도 하나의 형태로 연장되며, 사인 진폭, 파고 또는 재그 높이를 한정하는 진폭을 가지며, 그리고 주기 길이, 파장 또는 재그 간격을 한정하는 파장을 갖고,
    로터 블레이드(1)는 블레이드 기부(3)와 블레이드 끝단(4)을 포함하고, 상기 가열 와이어들은 상기 블레이드 기부(3)보다 상기 블레이드 끝단(4)에서 더 좁은 배열을 갖고, 상기 블레이드 끝단(4)에서의 상기 가열 와이어들의 더 좁은 배열로 인하여, 상기 가열 장치(33)의 비 표면 가열 출력이 상기 블레이드 끝단(4)을 향해 반드시 증가하도록 상기 가열 와이어들(2)이 배치되며,
    상기 가열 와이어들의 배치에도 불구하고 상기 가열 장치(33)의 비 표면 가열 출력을 각 섹션에 대하여 조절할 수 있도록 하기 위해, 상기 진폭 및 상기 파장 중 적어도 하나가 상기 가열 와이어들(2)을 따라 변화하며,
    상기 가열 장치는 복수의 가열 섹션으로 분할되며, 그리고 각 섹션에서의 진폭, 파장 및 가열 와이어들 사이의 간격이, 사전 결정된 가열 전류에 따라, 개별적인 가열 섹션을 위해 의도되는 비표면 가열 출력이 달성되도록 선택되는 것인, 가열 장치의 설계 방법.
  15. 풍력 터빈(100)의 로터 블레이드(1)를 가열하기 위한 가열 장치(33)로서,
    상기 가열 장치는 제 2항 내지 제 9 항중 어느 한 항에서 설명된 바와 같은 특징들을 포함하고 상기 가열 장치의 설계 방법으로 설계되며,
    상기 가열 장치(33)는 전기 전도성 가열 와이어들(2)을 구비하고,
    상기 가열 와이어들(2)은, 사인형, 파도형 및 지그재그형 중 적어도 하나의 형태로 연장되며, 사인 진폭, 파고 또는 재그 높이를 한정하는 진폭을 가지며, 그리고 주기 길이, 파장 또는 재그 간격을 한정하는 파장을 갖고,
    상기 로터 블레이드(1)는 블레이드 기부(3)와 블레이드 끝단(4)을 포함하고, 상기 가열 와이어들은 상기 블레이드 기부(3)보다 상기 블레이드 끝단(4)에서 더 좁은 배열을 갖고, 상기 블레이드 끝단(4)에서의 상기 가열 와이어들의 더 좁은 배열로 인하여, 상기 가열 장치(33)의 비 표면 가열 출력이 상기 블레이드 끝단(4)을 향해 반드시 증가하도록 상기 가열 와이어들(2)이 배치되며,
    상기 가열 와이어들의 배치에도 불구하고 상기 가열 장치(33)의 비 표면 가열 출력을 각 섹션에 대하여 조절할 수 있도록 하기 위해, 상기 진폭 및 상기 파장 중 적어도 하나가 상기 가열 와이어들(2)을 따라 변화하고,
    상기 가열 장치는 복수의 가열 섹션으로 분할되며, 그리고 각 섹션에서의 진폭, 파장 및 가열 와이어들 사이의 간격이, 사전 결정된 가열 전류에 따라, 개별적인 가열 섹션을 위해 의도되는 비표면 가열 출력이 달성되도록 선택되는 것인, 가열 장치.
  16. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 따른 로터 블레이드(1)의 가열 방법으로서,
    상기 로터 블레이드(1) 상의 결빙 발생이 우려되거나 예상되는 경우, 상기 로터 블레이드(1)의 가열 장치(33)는, 상기 가열 장치 및 그에 따라 상기 로터 블레이드(1)의 적어도 일부를 가열하기 위한 전류를 공급받게 되고, 상기 로터 블레이드(1)의 피뢰 시스템(6) 내로 낙뢰가 충돌하는 경우, 상기 낙뢰 충돌에 의해 상기 가열 장치(33) 내에 유도되는 전압이 적어도 하나의 서지 방지기(9)를 통해 피뢰 시스템(6) 및 접지된 라인 중 적어도 하나로 방전되는 것인, 로터 블레이드의 가열 방법.
KR1020157005864A 2012-08-06 2013-08-06 Cfrp 저항 시트 가열 KR101699640B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012015540.9 2012-08-06
DE102012015540 2012-08-06
DE102013210205.4 2013-05-31
DE102013210205.4A DE102013210205A1 (de) 2013-05-31 2013-05-31 CFK Widerstandsblattheizung
PCT/EP2013/066487 WO2014023734A1 (de) 2012-08-06 2013-08-06 Cfk widerstandsblattheizung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150041073A KR20150041073A (ko) 2015-04-15
KR101699640B1 true KR101699640B1 (ko) 2017-01-24

Family

ID=48917553

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020157005864A KR101699640B1 (ko) 2012-08-06 2013-08-06 Cfrp 저항 시트 가열

Country Status (17)

Country Link
US (1) US20150204311A1 (ko)
EP (1) EP2880308B1 (ko)
JP (1) JP6085679B2 (ko)
KR (1) KR101699640B1 (ko)
CN (1) CN104520582B (ko)
AR (1) AR092052A1 (ko)
AU (1) AU2013301544B2 (ko)
BR (1) BR112015002410A2 (ko)
CA (1) CA2878999A1 (ko)
CL (1) CL2015000270A1 (ko)
DK (1) DK2880308T3 (ko)
IN (1) IN2015DN00362A (ko)
MX (1) MX2015001372A (ko)
RU (1) RU2619388C2 (ko)
TW (1) TWI577886B (ko)
WO (1) WO2014023734A1 (ko)
ZA (1) ZA201500204B (ko)

Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2533230B1 (es) * 2013-10-03 2016-01-22 Gamesa Innovation & Technology, S.L. Sistema de protección frente a rayos con sistema antihielo integrado para palas de aerogenerador
EP2930354A1 (de) * 2014-04-10 2015-10-14 Nordex Energy GmbH Windenergieanlagenrotorblatt mit einem Blitzschutzleiter
ES2719051T3 (es) * 2014-04-10 2019-07-08 Nordex Energy Gmbh Pala de rotor de turbina eólica con un sistema de protección de rayos
ES2496395B2 (es) * 2014-07-24 2015-02-25 Universidad De La Rioja Dispositivo y procedimiento para optimizacion de turbinas eólicas de eje vertical
ES2594452B1 (es) * 2015-06-17 2017-09-28 Gamesa Innovation & Technology, S.L. Sistema pararrayos para palas de aerogenerador con un área efectiva de inyección en laminados de fibra de carbono y una distribución equilibrada de la intensidad y el voltaje de las corrientes de rayo entre distintos caminos conductores
ES2703929T3 (es) 2015-06-26 2019-03-13 Nordex Energy Gmbh Pala de rotor de turbina eólica con una instalación de calefacción eléctrica
EP3109465B1 (de) 2015-06-26 2018-10-24 Nordex Energy GmbH Windenergieanlagenrotorblatt mit einer elektrischen heizeinrichtung
DK3130801T3 (en) 2015-08-10 2019-04-23 Nordex Energy Gmbh Wind turbine rotor blade with a spark gap
DK3130800T3 (en) 2015-08-10 2018-06-06 Nordex Energy Gmbh Wind turbine rotor blade with a spark gap
DE102016001734B4 (de) * 2015-11-19 2023-11-09 Dehn Se Verfahren zur Beeinflussung der Blitzstromverteilung in elektrischen Systemen, welche in Rotorblätter von Windkraftanlagen integriert sind
EP3394439B1 (en) 2015-12-23 2022-02-02 Vestas Wind Systems A/S Improved electro-thermal heating
CN109477466B (zh) * 2016-06-20 2020-10-16 维斯塔斯风力系统有限公司 将缆线固定到风轮机叶片的方法
ES2857323T3 (es) 2016-09-27 2021-09-28 Nordex Energy Se & Co Kg Receptor de rayos para una pala de rotor de turbina eólica
RU2739513C1 (ru) * 2017-01-23 2020-12-25 Лагервей Винд Б.В. Ветроэнергетическая система с низкими электромагнитными помехами
DE102017108818A1 (de) * 2017-04-25 2018-10-25 Wobben Properties Gmbh Windenergieanlagen-Rotorblatt und Verfahren zum Herstellen eines Windenergieanlagen-Rotorblattes
WO2019001657A1 (en) * 2017-06-30 2019-01-03 Vestas Wind Systems A/S IMPROVED ELECTROTHERMAL HEATING ELEMENTS
US10960983B2 (en) * 2017-09-01 2021-03-30 Textron Innovations Inc. Tailored rotor-blade ice-protection system
ES2898689T3 (es) * 2017-12-13 2022-03-08 Nordex Energy Se & Co Kg Concha de pala de rotor para una pala de rotor y procedimiento para fabricar una concha de pala de rotor para una pala de rotor
CN108150346B (zh) * 2018-02-27 2019-06-14 湖南创一新材料有限公司 一种防冰降噪风电叶片
ES2949381T3 (es) * 2018-07-09 2023-09-28 Vestas Wind Sys As Mejoras relacionadas con palas de turbina eólica
CN109737102B (zh) * 2018-12-11 2024-04-09 惠阳航空螺旋桨有限责任公司 一种实现可换电源线电加热防冰叶片的方法
US20220243703A1 (en) * 2019-08-02 2022-08-04 Vestas Wind Systems A/S Inspecting wind turbine blade
WO2021023355A1 (en) 2019-08-05 2021-02-11 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine blade with electro-thermal heating element
DK3792487T3 (da) 2019-09-16 2022-10-10 Siemens Gamesa Renewable Energy Innovation & Technology SL Lynbeskyttelsessystem til vindmøllerotorblad med aktive komponenter
EP3869035B1 (en) 2020-02-21 2022-11-30 Siemens Gamesa Renewable Energy Innovation & Technology, S.L. Blade for a rotor of a wind turbine and manufacturing method thereof
CN111878326B (zh) * 2020-08-06 2021-11-26 上海电气风电集团股份有限公司 风机的结冰故障检测方法、系统、电子设备和介质
EP4019766A1 (en) * 2020-12-23 2022-06-29 Polytech A/S A conductive connection
ES2966192T3 (es) * 2021-01-12 2024-04-18 Siemens Gamesa Renewable Energy Innovation & Technology SL Pala para una turbina eólica y método para fabricar una pala
DK4036402T3 (da) * 2021-02-02 2023-11-27 Siemens Gamesa Renewable Energy Innovation & Technology SL Vinge til en vindmølle
JPWO2023053870A1 (ko) * 2021-10-01 2023-04-06
WO2024068470A1 (en) * 2022-09-29 2024-04-04 Lm Wind Power A/S Wind turbine blade having an electro-thermal system

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1451427A (en) * 1918-06-05 1923-04-10 Emil J Simon Spark-gap apparatus
FR853799A (fr) * 1938-11-14 1940-03-28 Perfectionnement apporté aux rhéostats d'échauffement applicables en particulier aux dégivreurs sur les avions
US2552075A (en) * 1944-08-05 1951-05-08 Catherine Van Daam Heating device for airplanes
US2743890A (en) * 1952-07-31 1956-05-01 Goodrich Co B F Electrically heated protective covering for aircraft
CA1069870A (en) * 1977-03-04 1980-01-15 B.F. Goodrich Company (The) Propeller deicer
JPH01123599U (ko) * 1988-02-18 1989-08-22
SU1746057A1 (ru) * 1990-02-09 1992-07-07 Рижский Краснознаменный Институт Инженеров Гражданской Авиации Им.Ленинского Комсомола Ветроэлектроустановка
DE19528862A1 (de) 1995-08-05 1997-02-06 Aloys Wobben Verfahren zum Enteisen eines Rotorblattes einer Windenergieanlage sowie zur Durchführung des Verfahrens geeignetes Rotorblatt
FR2756254B1 (fr) * 1996-11-27 1999-01-29 Eurocopter France Dispositif de chauffage d'un profil aerodynamique
WO1998053200A1 (en) 1997-05-20 1998-11-26 Thermion Systems International Device and method for heating and deicing wind energy turbine blades
DK173607B1 (da) * 1999-06-21 2001-04-30 Lm Glasfiber As Vindmøllevinge med system til afisning af lynbeskyttelse
US6227492B1 (en) * 1999-08-06 2001-05-08 Bell Helicopter Textron Inc. Redundant ice management system for aircraft
WO2002045224A2 (de) * 2000-11-28 2002-06-06 Dehn + Söhne Gmbh + Co. Kg KOMPAKTANORDNUNG FÜR MEHRPOLIGE STOssSTROMFESTE ÜBERSPANNUNGSABLEITER SOWIE GEKAPSELTER ÜBERSPANNUNGSABLEITER HIERFÜR
US7161785B2 (en) * 2000-11-30 2007-01-09 John Mezzalingua Associates, Inc. Apparatus for high surge voltage protection
ITTO20020908A1 (it) * 2002-10-17 2004-04-18 Lorenzo Battisti Sistema antighiaccio per impianti eolici.
JP2004211609A (ja) * 2002-12-27 2004-07-29 Tomoji Oikawa 風力発電による電車
DK176298B1 (da) * 2003-09-15 2007-06-18 Lm Glasfiber As Metode til lynsikring af en vinge til et vindenergianlæg, en lynsikret vinge samt et vindenergianlæg med en sådan vinge
US7763833B2 (en) * 2004-03-12 2010-07-27 Goodrich Corp. Foil heating element for an electrothermal deicer
US7633450B2 (en) * 2005-11-18 2009-12-15 Goodrich Corporation Radar altering structure using specular patterns of conductive material
KR101063273B1 (ko) * 2008-12-29 2011-09-07 주식회사 효성 풍력 발전기용 너셀 커버
DE102010004034A1 (de) * 2010-01-05 2011-07-07 Valeo Klimasysteme GmbH, 96476 Elektrische Heizvorrichtung für Fahrzeuge mit Hochspannungs-Bordnetz
EP2523856A4 (en) * 2010-01-14 2015-01-28 Saab Ab MULTI-FUNCTION DEFROSTING / ANTIFRUST SYSTEM FOR WIND TURBINES
EP2526292B8 (en) * 2010-04-12 2019-06-12 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Fixation of a heating mat to a blade of a wind turbine
WO2011127996A1 (en) * 2010-04-12 2011-10-20 Siemens Aktiengesellschaft Controlling of a heating mat on a blade of a wind turbine
ES2396839B1 (es) * 2010-11-30 2014-01-02 Gamesa Innovation & Technology, S.L. Sistema pararrayos para pala de aerogenerador con laminados de fibra de carbono.
CN102562479A (zh) * 2011-11-23 2012-07-11 内蒙古航天亿久科技发展有限责任公司 一种大型风机叶片除冰系统及其方法
DK2607075T3 (en) * 2011-12-22 2017-08-07 Siemens Ag Sandwich laminate and method of manufacture

Also Published As

Publication number Publication date
ZA201500204B (en) 2016-04-28
TW201418573A (zh) 2014-05-16
CL2015000270A1 (es) 2015-06-12
CA2878999A1 (en) 2014-02-13
DK2880308T3 (da) 2022-06-07
RU2619388C2 (ru) 2017-05-15
MX2015001372A (es) 2015-08-13
CN104520582B (zh) 2019-03-12
CN104520582A (zh) 2015-04-15
EP2880308A1 (de) 2015-06-10
EP2880308B1 (de) 2022-04-20
TWI577886B (zh) 2017-04-11
WO2014023734A1 (de) 2014-02-13
IN2015DN00362A (ko) 2015-06-12
AU2013301544A1 (en) 2015-02-12
US20150204311A1 (en) 2015-07-23
AR092052A1 (es) 2015-03-18
BR112015002410A2 (pt) 2017-07-04
RU2015107734A (ru) 2016-09-27
KR20150041073A (ko) 2015-04-15
JP2015531038A (ja) 2015-10-29
AU2013301544B2 (en) 2016-07-28
JP6085679B2 (ja) 2017-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101699640B1 (ko) Cfrp 저항 시트 가열
US9689377B2 (en) Wind turbine rotor blade having an electrical heating device and a plurality of lightning conductors
JP5726860B2 (ja) 風車翼
EP2754891B1 (en) Wind turbine rotor blade de-icing arrangement
DK3058220T3 (en) IMPROVEMENTS RELATED TO LINE PROTECTION SYSTEMS FOR WINDMILL EXPERIENCES
EP2633186B1 (en) A wind turbine lightning protection system and wind turbine blade
DK2843228T3 (en) Wind turbine rotor blade with an electric heater
US20130022465A1 (en) Heating mats arranged in a loop on a blade
EP2857678A1 (en) Lightning protection system with integrated anti-icing system for wind turbine blades
US10030634B2 (en) Wind power generation system
CN106762392B (zh) 一种风力机叶片及防覆冰除覆冰方法
US20090129927A1 (en) Wind Power Plant with Lightning Protection Arrangement
EP2963289A1 (en) Wind turbine blade and method of repairing the same
US20220074392A1 (en) Improvements relating to wind turbine blade anti-ice systems
DK3130801T3 (en) Wind turbine rotor blade with a spark gap
CA2933945C (en) Wind turbine rotor blade with an electrical heating device
JP2018537612A (ja) 風力タービンの回転翼に組み込まれる電気システムにおける雷電流分布に影響を与えるための方法
DK2708740T3 (en) Wind turbine rotor blade with an electric heater and a line conductor
CN111963393B (zh) 叶片电热装置、叶片、风力发电机组及叶片融冰方法
ES1240999U (es) Pala de turbina eólica

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200114

Year of fee payment: 4