特許 7002562 風力タービンローターブレードおよび風力タービンローターブレードの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-01-04

(45)【発行日】2022-01-20

(54)【発明の名称】風力タービンローターブレードおよび風力タービンローターブレードの製造方法

(51)【国際特許分類】

   F03D 80/30 20160101AFI20220113BHJP

   F03D 1/06 20060101ALI20220113BHJP

   B29C 70/06 20060101ALI20220113BHJP

【ＦＩ】

F03D80/30

F03D1/06 A

B29C70/06

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019556366

(86)(22)【出願日】2018-04-24

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-06-18

(86)【国際出願番号】 EP2018060445

(87)【国際公開番号】W WO2018197472

(87)【国際公開日】2018-11-01

【審査請求日】2019-12-10

(31)【優先権主張番号】102017108818.0

(32)【優先日】2017-04-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】512197272

【氏名又は名称】ヴォッベン プロパティーズ ゲーエムベーハー

【氏名又は名称原語表記】ＷＯＢＢＥＮ ＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳ ＧＭＢＨ

【住所又は居所原語表記】Ｂｏｒｓｉｇｓｔｒａｓｓｅ ２６， ２６６０７ Ａｕｒｉｃｈ Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】特許業務法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】フィンケ ダニエル

【審査官】大瀬 円

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１５－５３１０３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０８４７９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２０１６８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１１／０８０１７７（ＷＯ，Ａ３）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／００２３７９２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０３４８６５４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１３－５１１６５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０３Ｄ ８０／３０

Ｆ０３Ｄ １／０６

Ｆ０３Ｄ ８０／００

Ｂ２９Ｃ ７０／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

風力タービンローターブレード（２００）であって、
ローターブレード先端部（２１０）およびローターブレード根元部（２２０）、ならびに避雷システム（３００）、
を備えており、
前記避雷システム（３００）が、避雷導体（３１０）と、少なくとも１つの受雷用レセプタ（３３０）と、を有し、
前記風力タービンローターブレード（２００）の表面上で前記少なくとも１つの受雷用レセプタ（３３０）の周囲の領域には、塗料の形における加熱可能塗装（３４０）が設けられており、前記加熱可能塗装（３４０）が前記少なくとも１つの受雷用レセプタ（３３０）によって前記避雷導体（３１０）にガルバニックに結合されており、
前記加熱可能塗装（３４０）が、アクリレートベースに基づいており、カーボンナノ材料および黒鉛を有する、
風力タービンローターブレード（２００）。

【請求項2】

前記塗料の厚さが、４０μｍと１ｍｍの間である、
請求項１に記載の風力タービンローターブレード（２００）。

【請求項3】

風力タービンローターブレード（２００）を製造する方法であって、
前記風力タービンローターブレードの外郭を繊維複合材料から製造することと、
少なくとも１つの避雷導体（３１０）および少なくとも１つの受雷用レセプタ（３３０）を設けることと、
前記風力タービンローターブレードの表面上で、前記少なくとも１つの受雷用レセプタ（３３０）の周囲の領域に塗料の形における加熱可能塗装（３４０）を塗布することと、
前記加熱可能塗装（３４０）を前記少なくとも１つの受雷用レセプタ（３３０）によって前記少なくとも１つの前記避雷導体（３１０）にガルバニックに結合することと、
を含み、
前記加熱可能塗装（３４０）が、アクリレートベースに基づいており、カーボンナノ材料および黒鉛を有する、方法。

【請求項4】

風力タービンローターブレード（２００）の避雷システムの一部として加熱可能塗装（３４０）を使用することであって、前記加熱可能塗装が、前記風力タービンローターブレードの表面上で、少なくとも１つの受雷用レセプタ（３３０）の周囲の領域に塗料の形において塗布され、避雷導体に前記少なくとも１つの受雷用レセプタ（３３０）によってガルバニックに結合され、
前記加熱可能塗装（３４０）が、アクリレートベースに基づいており、カーボンナノ材料および黒鉛を有する、加熱可能塗装の使用。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、風力タービンローターブレードと、風力タービンローターブレードを製造する方法とに関する。

【背景技術】

【0002】

風力タービンのローターブレードは、多数の異なる形状において知られている。風力タービンのナセルの高さおよびローターブレードの長さの理由から、風力タービンのローターブレードは、避雷要件に適合しなければならない。

【0003】

優先権を主張する独国特許出願に関して、独国特許商標庁は、次の文書、すなわち、特許文献１、特許文献２、および特許文献３を調査した。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】独国実用新案第２０２０１３００７６５９号明細書

【文献】欧州特許公開第１１８７９８８号明細書

【文献】欧州特許出願公開第２８０６１６０号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

したがって、本発明の目的は、改善された雷保護を有する風力タービンローターブレードを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この目的は、請求項１に記載の風力タービンローターブレードによってと、請求項４に記載の風力タービンローターブレードを製造する方法によって、達成される。

【0007】

したがって、ローターブレード根元部およびローターブレード先端部を有する風力タービンローターブレードを提供する。本ローターブレードは、ローターブレード根元領域へのガルバニック（電気的：ｇａｌｖａｎｉｃ）接続を有する避雷導体（ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を有する避雷システム、を有する。避雷システムは、加熱可能塗料の形における加熱可能塗装が塗布されている、ローターブレード表面の領域、を有し、この領域は、加熱可能塗料における落雷を適切に消散できるように、避雷導体にガルバニックに（電気的に：ｇａｌｖａｎｉｃａｌｌｙ）結合されている。

【0008】

本発明の一態様によれば、本風力タービンローターブレードは、同様に避雷導体にガルバニックに結合されている少なくとも１つの受雷用レセプタ（ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｒｅｃｅｐｔｏｒ）を有する。この場合、少なくとも１つの受雷用レセプタの周囲の領域には、加熱可能塗料またはエナメルが設けられている。言い換えれば、受雷用レセプタの周囲の表面は、加熱可能塗料またはエナメルを有する。加熱可能塗料は、特に受雷用レセプタの領域における表面の損傷を防止する目的で、落雷を受雷用レセプタに伝える役割を果たす。

【0009】

本発明の一態様によれば、加熱可能塗料は、カーボンナノ材料および黒鉛を有する。

【0010】

本発明の一態様によれば、ローターブレードの表面を保護するために、ローターブレードの表面に、本発明に従って加熱可能塗料を設けることができる。このようにして、本ローターブレードの非導電性部分を避雷システムに統合することができる。

【0011】

本発明の一態様によれば、すでに存在する避雷システムをさらに改善する目的で、ローターブレードの表面に少なくとも部分的に後から加熱可能塗料を塗布することもできる。

【0012】

本発明の一態様によれば、塗布された加熱可能塗料を、例えば避雷レセプタを介して避雷システムに結合することができる。

【0013】

加熱可能塗装は、ローターブレード先端部とローターブレード根元部との間に帯状に設けることができる。加熱可能塗装は、ローターブレード根元部の領域における避雷システムの残り部分に結合することができる。

【0014】

さらに本発明は、風力タービンローターブレードを製造する方法にも関する。ローターブレードが繊維複合材料から製造され、避雷システムが組み込まれる。この場合、ローターブレードの内部に、特に雷消散導体（ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）が設けられる。避雷システムの一部としての加熱可能塗料が、ローターブレードの表面に塗布され、避雷導体にガルバニックに結合される。

【0015】

さらに本発明は、風力タービンローターブレードの避雷システムの一部として加熱可能塗装を使用することまたは加熱可能塗料にも関する。

【0016】

特に、最大１００℃まで使用するための、カーボンナノ材料および黒鉛を有するアクリルベースの加熱可能塗装が設けられる。

【0017】

加熱可能塗料の厚さは、４０μｍ～１ｍｍの範囲内とすることができる。

【0018】

本発明のさらなる構造・構成は、従属請求項の主題である。

【0019】

以下では、本発明の利点および一例としての実施形態を、図面を参照しながらさらに詳しく説明する。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明に係る風力タービンの概略図を示している。

【図2】本発明に係る風力タービンローターブレードの概略図を示している。

【発明を実施するための形態】

【0021】

図１は、本発明に係る風力タービンの概略図を示している。風力タービン１００は、タワー１０２と、タワー１０２の上のナセルとを有する。ナセル１０４には、３枚のローターブレード２００およびスピナー１１０を有する空力ローター１０６が設けられている。空力ローター１０６は、風力タービンの運転中に風によって回転し、したがって空力ローター１０６に直接または間接的に結合されている発電機の回転子または回転子部材をさらに回転させる。この発電機はナセル１０４の中に配置されており、電気エネルギーを発生させる。ローターブレード２００のピッチ角は、各ローターブレード２００のローターブレード根元部１０８ｂにおけるピッチモーターによって変えることができる。

【0022】

風力タービンは避雷システムをさらに有し、この避雷システムは、３枚のローターブレード２００の１枚に落ちた雷が適切に消散されるようにする。この目的のため、ローターブレードの内部に雷消散導体が設けられており、風力タービンの内部にさらなる雷消散導体設備（ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）が設けられている。

【0023】

図２は、本発明に係る風力タービンローターブレードの概略図を示している。図２は、ローターブレード先端部２１０およびローターブレード根元部２２０を有するローターブレード２００を示している。本ローターブレードは、避雷システム３００を有する。避雷システム３００は、特に、例えばローターブレードの内部における避雷導体３１０と、オプションとして少なくとも１つの受雷用レセプタ３３０を有する。ローターブレード先端部２１０は、避雷導体設備（ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）３１１によって避雷導体３１０にガルバニックに結合されているさらなる受雷用レセプタ３２０を、オプションとして有することができる。避雷システム３００は、ローターブレードの表面上の加熱可能塗料またはエナメルまたは加熱可能塗装３４０をさらに有する。落雷を適切に消散させ得るようにする目的で、加熱可能塗装３４０は避雷導体３１０にガルバニックに結合されている。

【0024】

本発明の一態様によれば、加熱可能塗装または加熱可能塗料３４０は、受雷用レセプタ３３０の領域に設けられている。この場合、避雷導体３１０への加熱可能塗装３４０のガルバニック結合も、受雷用レセプタによって達成される。

【0025】

加熱可能塗装または加熱可能塗料は、アクリレートベースで製造することができ、カーボンナノ材料および黒鉛を含むことができる。

【0026】

このような加熱可能塗料の例は、加熱可能塗料Ｃａｒｂｏ ｅ－Ｔｈｅｒｍ ＡＣＲ－１００ １Ｗである。この塗料の密度は１．０８ｇ／ｃｍ^３である。色は無煙炭色とすることができる。固形分は３９～４１％（プラスチック＋ポリマー）である。貯蔵寿命は６ヶ月である。ベース溶剤は水である。最低造膜温度は約１４℃である。ｐＨ値は約７～８である。粘性（剪断率１００／秒）は７００～８００ｍＰａｓである。

【0027】

乾燥した層の製品特性は、以下、すなわち、使用温度範囲：－１８℃～１００℃、比抵抗：１０５０～１１００Ωμｍ、層抵抗：Ｒ／ｍ^２、５．５Ωから（層厚２００μｍの場合）、推奨最小層厚：４０μｍ、である。

【0028】

塗料の厚さは、３０μｍ～２ｍｍの範囲内、好ましくは４０μｍ～１ｍｍの範囲内である。

【図1】

【図2】