專利名稱：包括碳納米管的接閃器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括雷電保護(hù)系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片。特別是，本發(fā)明涉及包括 用于捕獲雷擊的接閃器的雷電保護(hù)系統(tǒng)。接閃器布置在轉(zhuǎn)子葉片中。此外，本發(fā)明涉及具 有雷電保護(hù)系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)、接閃器和一種用于制造具有雷電保護(hù)系統(tǒng)的風(fēng)力渦 輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)是在野外高聳的建筑并且因此通常暴露于雷擊之下。為了保護(hù) 風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)免受雷擊，風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片通常設(shè)置有雷電保護(hù)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)通 常是已知的并且包括導(dǎo)電材料的接閃器。接閃器通常安裝在轉(zhuǎn)子葉片中，其中它們布置在 尖端或其它外表面附近。接閃器可以捕獲雷擊并且通過沿葉片的縱向方向延伸并且經(jīng)由風(fēng) 力渦輪機(jī)轂接地的雷電下引導(dǎo)體引導(dǎo)電流。已知的問題是雷擊中的電荷非常大，這樣生成的熱會導(dǎo)致接閃器的材料汽化并且 被移除。這導(dǎo)致對接閃器的增加的檢查和增加的維修從而修理或替換磨損的接閃器以及對 轉(zhuǎn)子葉片的損壞的可能的修理。這導(dǎo)致不希望的風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)的停機(jī)時間。本發(fā)明的發(fā)明者理解，風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的改進(jìn)的雷電保護(hù)系統(tǒng)是有益的，并 且因此設(shè)計出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明試圖提供相對于接閃器的雷擊的抗磨損性的改進(jìn)的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片。 本發(fā)明的一個目的可以看成是提供一種對于雷擊具有低的停機(jī)時間甚至沒有停機(jī)時間的 風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)。優(yōu)選地，本發(fā)明減輕、緩和或消除了現(xiàn)有技術(shù)中的一個或多個問題。依照本發(fā)明的第一方面，提供了一種包括雷電保護(hù)系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片， 其中，雷電保護(hù)系統(tǒng)包括布置在轉(zhuǎn)子葉片中的接閃器，并且其中，接閃器包括碳納米管。本發(fā)明的發(fā)明者已經(jīng)意識到關(guān)于雷擊多個因素可以是很重要的，一個因素涉及提 供一種具有足夠高汽化點(diǎn)(汽化的潛能)、熔點(diǎn)(熔化的潛熱)和/或化學(xué)和熱穩(wěn)定性的材 料以承受源于閃電放電的熱，第二因素涉及提供一種具有高導(dǎo)電性的材料以有效地引導(dǎo)沖 擊區(qū)域中的電流并且進(jìn)入接閃器的體積，并且第三因素涉及一種具有高導(dǎo)熱性和/或熱容 量的材料以有效地將生成的熱排出遠(yuǎn)離沖擊區(qū)域和/或能夠承受雷擊生成的熱。本發(fā)明的 優(yōu)點(diǎn)即接閃器包括碳納米管支持這些因素，因為碳納米管具有優(yōu)于大多數(shù)金屬的汽化點(diǎn)、 化學(xué)和熱穩(wěn)定性、傳導(dǎo)率和熱性能。在本發(fā)明的上下文中，接閃器被解釋為用于捕獲雷擊的專用或指定區(qū)域并且將感 應(yīng)電流移除遠(yuǎn)離沖擊區(qū)域。該區(qū)域是轉(zhuǎn)子葉片的專用和/或單獨(dú)的部分，通常單獨(dú)地制造 并且用于安裝在轉(zhuǎn)子葉片中。碳納米管可以以碳納米管層的形式設(shè)置在外表面上和/或封裝在接閃器中，這樣 至少一部分接閃器為碳納米管金屬復(fù)合材料。設(shè)置在表面上或者表面區(qū)域中的碳納米管可以具有場增強(qiáng)效果，而與沒有碳納米管的金屬復(fù)合材料的接閃器相比，碳納米管在金屬復(fù) 合材料中的存在還可以提高材料對于雷擊的提高的抗磨損性的性能，例如抗腐蝕性如抗電 弧腐蝕性。碳納米管可以是單壁碳納米管(SWNT)、多壁碳納米管(MWNT)或兩者的組合。單壁碳納米管相對于導(dǎo)電率和導(dǎo)熱率優(yōu)于多壁碳納米管，而MWNT相對于周圍環(huán) 境的耐化學(xué)影響性優(yōu)于SWNT。因此使用SWNT和MWNT的組合是一個優(yōu)勢。碳納米管可以顯示出基于納米管結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體傳導(dǎo)率或金屬傳導(dǎo)率。因此單獨(dú)從 電的方面考慮，使用具有金屬傳導(dǎo)率的碳納米管是有利的。然而，所有類型的碳納米管在熱 導(dǎo)率以及化學(xué)和熱穩(wěn)定性方面優(yōu)于大多數(shù)金屬。因此通過使用顯示金屬或半導(dǎo)體傳導(dǎo)率或 是兩者的混合/組合的碳納米管可以提供改進(jìn)的接閃器。在實(shí)施例中，接閃器可以包括碳納米管，碳納米管作為由接閃器支撐的表面層，封 裝在金屬基體復(fù)合材料中，即形成碳納米管金屬基體復(fù)合材料，或是作為由碳納米管金屬 基體復(fù)合材料支撐的表面層。接閃器材料可以包括金屬部分，然而也可以提供附加的非金 屬組分。在實(shí)施例中，接閃器包括從下組中選擇的材料Cu、Co、Cr、W、V、Ag、Ni、Au、Al、Pb、 Mg、Sn、Zn、Ti、Mo、Zr、Mn、Fe、In、Ir、Nb、Ta、Re、Pd、Os、Rh、Ir、Pt、Ru、C、Cuff> CuWAg、CuSn> CuNi、CuBe> CuZn> CuAg> CuCd> CuCr > CuZr > CuCrZr > CuTe> CuC> AgCdO> AgSnO2> AgSnO2In2O3^ AgZnO、AgCdOSnO2、AgMgONi0、Agff, AgWC、AgWO2、AgWO3、AgMo、AgC、AgNi、AgPd、AgCuNi、Reff, 具有氧化物、鉻鎳鐵合金、康銅、蒙耐合金、殷鋼、哈司特鎳合金、Cu-Al2O3(例如GlidCop)、 不銹鋼、鋼的添加劑的Cu、Ag、W、Mo、Ni、Cr、Ti、V、Zr、Mn、Ta、Fe、或Nb的金屬基體復(fù)合物 或其任意合金或復(fù)合物。接閃器可以向接閃器的外表面設(shè)置一個或多個電場增強(qiáng)突起以進(jìn)一步改進(jìn)接閃 器，因為電場強(qiáng)度可以在從接閃器的外表面向外延伸的突起的附近提高。一旦雷擊，接閃器 的邊緣就傾向于比接閃器的中心部分失去更多材料。當(dāng)材料在接閃器的邊緣處除去時，這 可以具有電場增強(qiáng)效果，這進(jìn)一步增大了雷擊在邊緣區(qū)域中的可能性。然而由于存在雷擊 損壞轉(zhuǎn)子葉片自身的風(fēng)險，所以希望移除沖擊區(qū)域遠(yuǎn)離邊緣，并且因此進(jìn)一步提高維修要 求。因此向外表面提供場增強(qiáng)突起以移除沖擊區(qū)域遠(yuǎn)離邊緣區(qū)域是有利的。作為另一個優(yōu) 點(diǎn)，即使材料在雷擊中移除，材料會在遠(yuǎn)離邊緣的區(qū)域中除去，因此減小了雷擊影響轉(zhuǎn)子葉 片自身的可能性。從屬權(quán)利要求界定了特定電場增強(qiáng)幾何形狀的有利實(shí)施例。在實(shí)施例中，碳納米管是以表面層的形式設(shè)置在接閃器的外表面上。這種表面層 的碳納米管自身可以充當(dāng)電場增強(qiáng)突起。為了進(jìn)一步提高場增強(qiáng)效果，碳納米管層可以依 照圖案掩模形成圖案。在實(shí)施例中，形成圖案的碳納米管層可以設(shè)置在外表面上且表面形 貌包括場增強(qiáng)突起。在實(shí)施例中，碳納米管可以沿著垂直于外表面的表面的方向基本上垂直地對準(zhǔn)或 者沿著基準(zhǔn)面的垂直方向基本上垂直地對準(zhǔn)?；鶞?zhǔn)面可以是例如鄰接接閃器的葉片的表 面。碳納米管沿著納米管管軸線具有較好的熱和電性能。因此有利的是對準(zhǔn)納米管，這樣 雷擊的沖擊區(qū)域就基本上在管的端部上，而且管軸線沿著從沖擊區(qū)域向接閃器的外表面延 伸的方向延伸。可以使用基本上垂直地對準(zhǔn)的碳納米管獲得這種對準(zhǔn)。在實(shí)施例中，碳納米管以其中它們封裝入接閃器的體積材料中的形式提供，這樣 5至少部分接閃器就是碳納米管金屬復(fù)合材料。有利的是碳納米管在金屬基體材料的整個厚 度的相當(dāng)大的部分中基本上均勻地分布在金屬基體材料中，因此提供了一種至少基本上沒 有薄弱區(qū)域的接閃器。通過在金屬基體中均勻地分布碳納米管，提供了一種可以進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn) 金屬加工技術(shù)例如擠壓、鍛造、軋制、機(jī)械加工等等的金屬基體材料，盡管適于硬質(zhì)材料的 特殊工具也是需要的。在一個實(shí)施例中，碳納米管在金屬基體材料中基本上隨機(jī)地定向。在制造過程中， 以相當(dāng)隨機(jī)定向的方式提供納米管更加簡單。在一個實(shí)施例中，至少碳納米管的集合沿著接閃器的厚度延伸的方向定向。碳納 米管沿著納米管管軸線具有較好的熱和電性能。因此有利的是對準(zhǔn)納米管這樣熱和電流就 被指引遠(yuǎn)離接閃器，并且因此避免了熱和電流在接閃器的體積中的分散。定向方向可以通 過結(jié)合碳納米管金屬復(fù)合物的制造應(yīng)用電或磁場進(jìn)行控制。在一個實(shí)施例中，碳納米管分散在連續(xù)的金屬基體中，因此提供了一種具有提高 強(qiáng)度的接閃器。在連續(xù)的金屬基體中存在通過基體到材料中的任意點(diǎn)的金屬路徑。此外， 在連續(xù)的金屬基體中，會避免或是至少僅僅以很低的程度出現(xiàn)雜質(zhì)和空腔例如氣泡。在一個實(shí)施例中，至少一部分碳納米管彼此物理接觸，因此提高了指引熱和電流 遠(yuǎn)離接閃器而代替將熱和電流分散在接閃器的體積內(nèi)的可能性。在一個實(shí)施例中，碳納米管的體積百分率在5 %至75 %的范圍內(nèi)，例如10 %至 60%，例如15%至50%，例如20%至40%，例如30%。如碳納米管的對準(zhǔn)程度、或碳納米管的不對準(zhǔn)(隨機(jī))、碳納米管之間物理接觸的 程度、或者碳納米管之間沒有物理接觸和碳納米管的特定體積百分率的這些因素可以改變 從而適合接閃器的特定性能。依照本發(fā)明的第二個方面，提供了一種包括一個或多個轉(zhuǎn)子葉片的風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā) 電機(jī)，其中，一個或多個轉(zhuǎn)子葉片包括雷電保護(hù)系統(tǒng)，其中，雷電保護(hù)系統(tǒng)包括布置在轉(zhuǎn)子 葉片中的接閃器，并且其中，接閃器包括碳納米管。因此可以提供具有提高的雷電保護(hù)的風(fēng) 力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)。依照本發(fā)明的第三方面，提供了一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的接閃器，其中接 閃器包括碳納米管。依照第二和第三方面的接閃器可以依照與本發(fā)明的第一方面結(jié)合描述的接閃器 提供。依照本發(fā)明的第四方面，提供了一種制造具有雷電保護(hù)系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉 片的方法，該方法包括-提供具有用于接收接閃器的接閃器位置的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片；-提供依照本發(fā)明的第一方面的實(shí)施例的接閃器；-將接閃器安裝在轉(zhuǎn)子葉片上的接閃器位置中；-建立從接閃器到電下引導(dǎo)體的電接觸。接閃器可以在將接閃器安裝在轉(zhuǎn)子葉片上的接閃器位置之前制造。因此風(fēng)力渦輪 機(jī)發(fā)電機(jī)的擁有者可以使用依照本發(fā)明的保護(hù)系統(tǒng)升級現(xiàn)有的雷電保護(hù)系統(tǒng)。在實(shí)施例中，通過向外表面提供催化材料例如M或Mo或其它催化劑顆粒的島或 顆粒并且從催化材料生長碳納米管例如通過使用技術(shù)如化學(xué)汽相沉積(CVD)、等離子增強(qiáng)
6CVD(PE-CVD)、物理汽相沉積(PVD)和電弧放電，碳納米管可以生長到接閃器的外表面上。 碳納米管在襯底的表面上的催化生長是生長碳納米管的通用和眾所周知的方法。碳納米管可以沿著定向方向垂直對準(zhǔn)地生長。如本領(lǐng)域中已知的那樣，定向方向 可以通過使用掩?；蚪Y(jié)合生長應(yīng)用電場或磁場進(jìn)行控制。用于垂直對準(zhǔn)地生長碳納米管的 技術(shù)在本領(lǐng)域中是已知的。在實(shí)施例中，碳納米管層可以被圖案化。碳納米管層的圖案形成可以通過對催化 劑材料形成圖案來實(shí)現(xiàn)。催化劑材料圖案形成可以通過平版印刷技術(shù)、液體分散技術(shù)、蝕刻 等等獲得。圖案形成方法是本領(lǐng)域中已知的。在實(shí)施例中，碳納米管金屬復(fù)合物是由液態(tài)制造方法、蒸汽態(tài)制造方法或粉末冶 金方法制造的。存在許多液態(tài)制造方法。這種方法包括但是并不限于其中包含加載有碳納米管的 金屬離子的溶液共沉積形成復(fù)合材料的電鍍或電鑄方法和其中碳納米管攪拌到熔融金屬 中的攪拌鑄造方法，其中攪拌鑄造方法允許固化。蒸汽態(tài)制造的實(shí)例包括但是并不限于物理汽相沉積法，其中碳納米管穿過汽化金 屬的厚云，對它進(jìn)行涂敷。在粉末冶金制造中，粉末形式的材料組分供給到模中，粉劑在模中受到高壓和高 溫。為了提供具有足夠強(qiáng)度的材料，需要施加材料重新排列到某種程度的這種高溫和壓力。一般而言，本發(fā)明的各個方面均可以與其它方面中的任一個組合。通過參照所描 述實(shí)施例的下列說明，本發(fā)明的這些和其它方面將會更加顯而易見。


本發(fā)明的實(shí)施例參照僅僅作為實(shí)例的附圖進(jìn)行描述，其中圖1示意性地顯示了具有裝備有接閃器的三個轉(zhuǎn)子葉片的風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)；圖2以剖視圖示意性地顯示了其中外表面設(shè)置有一個或多個場增強(qiáng)突起的接閃 器的多個實(shí)施例；圖3以俯視圖示意性地顯示了分布的場增強(qiáng)突起的實(shí)施例；圖4示意性地顯示了在外表面上設(shè)置有碳納米管層的接閃器；圖5示意性地顯示了以碳納米管金屬復(fù)合材料提供的接閃器；圖6示意性地顯示了圖4和圖5的組合系統(tǒng)；圖7A和7B以剖視圖示意性地顯示了設(shè)置有碳納米管層的場增強(qiáng)突起；圖8A和8B以剖視圖示意性地顯示了其中碳納米管層依照圖案掩模形成圖案的接 閃器；并且圖9顯示了一種制造具有雷電保護(hù)系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的方法的實(shí)施例 的流程圖。
具體實(shí)施例方式圖1示意性地顯示了具有裝備有接閃器3的三個轉(zhuǎn)子葉片2的風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī) (WTG) 1。此外，WTG 1包括塔4和吊艙5。接閃器3電連接至下引導(dǎo)體(未顯示)。接閃器 3安裝在葉片2的表面上從而捕獲在這些特定位置上的雷電。在所示的WTG 1上，五個接閃
7器安裝在每個轉(zhuǎn)子葉片上，然而可以理解本發(fā)明的范圍并不限制接閃器的特定數(shù)目或是接 閃器的特定位置或配置。接閃器可以安裝在轉(zhuǎn)子葉片的兩側(cè)上。可以理解，本發(fā)明并不限 制所示W(wǎng)TG或轉(zhuǎn)子葉片的類型。WTG僅僅顯示用于示意性目的。圖2以剖視圖示意性地顯示了布置在轉(zhuǎn)子葉片21中的接閃器20的多個實(shí)施例， 其中接閃器的外表面設(shè)置有一個或多個場增強(qiáng)突起。本發(fā)明的范圍并不限于圖中所示的實(shí) 施例，在本發(fā)明的范圍內(nèi)的任意類型的場增強(qiáng)突起都是可能的。此外，示意圖對于工程師或 技術(shù)設(shè)計圖而言并非精確的視圖。圖解僅僅提供用于顯示本發(fā)明的實(shí)施例的各個特征。所 示實(shí)施例提供了特定場增強(qiáng)突起的實(shí)例。在如圖2A中所示的實(shí)施例中，顯示了單個中心地布置的尖頭形場增強(qiáng)突起，尖頭 形突起總體上從外表面向外指向并且延伸整個外表面。在如圖2B中所示的實(shí)施例中，顯示了單個中心地布置的尖頭形場增強(qiáng)突起，尖頭 形突起總體上從外表面向外指向并且延伸外表面的中心部分。在圖2A和2B中，突起的上升表面22顯示為直的或平的表面。其它實(shí)施例包括但 是并不限于凹或凸的上升表面。在如圖2C中所示的實(shí)施例中，顯示了單個中心地布置的弧形場增強(qiáng)突起，弧形突 起總體上從外表面向外伸出并且延伸整個外表面。在如圖2D中所示的實(shí)施例中，顯示了單個在中心布置的弧形場增強(qiáng)突起，弧形突 起總體上從外表面向外伸出并且該突起在外表面的中心部分延伸。在圖2C和2D中，場增強(qiáng)突起的外表面的曲率顯示為相當(dāng)?shù)汀Ｆ渌鼘?shí)施例包括但 是并不限于半球形場增強(qiáng)突起。在如圖2E中所示的實(shí)施例中，顯示了三個分布的圓柱形場增強(qiáng)突起。例如可以沿 著圖3中的參考數(shù)字35指示的部分獲得剖視圖。在圖2E中，上升表面23也可以設(shè)置有角度從而提供具有截錐體形狀的突起。此 外，上升表面，尤其是在截錐體實(shí)施例中，可以是凹或凸的上升形狀。在圖2F和2G中所示的實(shí)施例中，一個或多個場增強(qiáng)突起構(gòu)成總體上波形的外表 面。波形可以例如圍繞中心點(diǎn)圓對稱，即場增強(qiáng)突起可以建有中心頂部和兩個同心的頂部。在圖2F中，中心波形突起包括比遠(yuǎn)離中心的波形突起位置更大的幅度。在圖2G 中，所有波形成突起包括相同的幅度。在圖2A至2G中顯示了不同數(shù)目的突起，然而可以理解，在所示實(shí)施例中的任一個 中可以提供任意數(shù)目的突起。在實(shí)施例中，接閃器的尺寸可以在厘米(cm)范圍內(nèi)，例如具有在0.5至5厘米范 圍內(nèi)例如1. 5厘米的直徑或其它相關(guān)寬度。在實(shí)施例中，場增強(qiáng)突起的高度可以在幾毫米(mm)到幾厘米之間的范圍內(nèi)例如 在Imm至IOmm之間或更大。圖3以俯視圖示意性地顯示了分布的場增強(qiáng)突起的實(shí)施例。在所示實(shí)施例中，接 閃器20具有圓形橫截面，然而，接閃器的形狀可以為任意適當(dāng)?shù)男螤?。外表?2設(shè)置有五 個場增強(qiáng)突起33，每個均具有圓形橫截面并且具有標(biāo)記的中心34。在所示實(shí)施例中，單個 中心地布置的突起提供為由四個另外的突起圍繞。然而可以理解，外表面一般而言可以設(shè) 置有或沒有中心地布置的突起，以及具有任意數(shù)目的單獨(dú)的突起。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，突起可以為任意形狀。圖4和圖5以剖視圖示意性地顯示了依照本發(fā)明的實(shí)施例的雷電保護(hù)系統(tǒng)的元 件。圖4示意性地顯示了布置在轉(zhuǎn)子葉片21中的接閃器20，其中接閃器處在設(shè)置有碳 納米管層40的外表面上。插圖41示意性地顯示了層40的放大圖，其中放大圖示意性地顯 示了從接閃器的外表面32伸出的各個碳納米管42。接閃器示意性地顯示為連接至下引導(dǎo)體43用于引來來自雷擊的所有感應(yīng)電流。 接閃器可以以任意適當(dāng)?shù)姆绞竭B接至下引導(dǎo)體。此外，接閃器可以以任意固定方法固定至 轉(zhuǎn)子葉片。在實(shí)施例中，接閃器固定在支架單元44中。圖5示意性地顯示了布置在轉(zhuǎn)子葉片21中的接閃器20，其中接閃器的材料為碳納 米管金屬復(fù)合材料，如多個碳納米管50示意性地指示的那樣。然而，一般而言，僅僅一部分 接閃器為碳納米管金屬復(fù)合材料。例如，上部可以為碳納米管金屬復(fù)合材料，而下部可以為 標(biāo)準(zhǔn)的輕型接閃器材料例如金屬或金屬合金。一般而言，包括碳納米管金屬復(fù)合材料的部 分可以是面向風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的外部的部分。碳納米管可以基本上均勻地分布在接閃器中，并且碳納米管可以在接閃器的整個 厚度51中基本上隨機(jī)地定向。在所示實(shí)施例中，至少一部分碳納米管彼此物理接觸52。本發(fā)明的范圍并不限于圖5中所示的實(shí)施例。通常均勻地分布的碳納米管優(yōu)于非 均一地分布的碳納米管。均勻性通常是跨過接閃器的整個尺寸，因此與接閃器的尺寸相比 小的在小尺寸比例上，碳納米管的分布可以有些不均一。一般而言，碳納米管不需要隨機(jī)地 定向并且不需要彼此物理接觸。然而定向納米管例如沿著接閃器的厚度51的方向可以進(jìn) 一步提高接閃器的材料性能。作為對于圖5的實(shí)施例的可選實(shí)施例，接閃器的材料可以是設(shè)置有其中嵌入了石 墨烯(graphene)的薄層的金屬材料?？梢蕴峁┦┍右匝由烊炕騼H僅部分的接閃 器。石墨烯薄層通常沿著接閃器的厚度51的方向定向。石墨烯薄層可以與分布的碳納米 管具有相似的性能。圖6示意性地顯示了圖4和5的組合系統(tǒng)，其中接閃器20在設(shè)置有碳納米管層40 的外表面上且接閃器的材料為碳納米管金屬復(fù)合材料。圖7A和7B以剖視圖示意性地顯示了圖2B的場增強(qiáng)突起，然而設(shè)置有一層碳納米 管 70,71o在圖7Α和圖7Β中，碳納米管基本上垂直地對準(zhǔn)。然而，在圖7Α中，碳納米管沿著 垂直于外表面的表面的方向基本上垂直地對準(zhǔn)。即，碳納米管沿著垂直于局部襯底的方向 垂直地對準(zhǔn)，如72和73所示。在向外指向的位置74處，碳納米管可以很容易地適應(yīng)襯底 的改變的局部幾何形狀，然而在向內(nèi)指向的位置75處，碳納米管可以彎曲或由其它方式適 應(yīng)襯底的改變的局部幾何形狀。在圖7Β中，碳納米管沿著基準(zhǔn)面的垂直方向基本上垂直地對準(zhǔn)。例如，碳納米管 可以沿著在接閃器附近垂直于葉片的表面的方向76垂直地對準(zhǔn)。圖8Α和8Β以剖視圖示意性地顯示了其中碳納米管層依照圖案掩模形成圖案的接 閃器。圖案形成可以通過對納米管由其生長的催化材料形成圖案來提供。在圖8Α中，層已 經(jīng)被掩模，這樣碳納米管就僅僅設(shè)置在中心區(qū)域80處。在圖8Β中，層已經(jīng)被掩模，這樣碳納
9米管就會覆蓋整個外表面，然而，在邊緣或邊沿81處，碳納米管的密度低于中心82處的密 度。在兩個實(shí)施例中，碳納米管的掩模具有場增強(qiáng)效果，會朝接閃器的中心區(qū)域吸引雷擊。 可以理解，許多掩模圖案是可能的，并且本發(fā)明并不限于圖8A和8B中的掩模圖案。碳納米管可以設(shè)置有多種長度。在不同實(shí)施例中，碳納米管可以具有不同的長度， 并且碳納米管層和/或碳納米管金屬復(fù)合物可以設(shè)置有顯示長度分布的碳納米管。圖9顯示了一種制造具有雷電保護(hù)系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的方法的實(shí)施例 的流程圖。該方法包括提供具有用于接收接閃器的接閃器位置的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的步 驟90。接閃器位置可以與制造轉(zhuǎn)子葉片結(jié)合提供；或者它們可以在在后制造過程中提供。接閃器可以在單獨(dú)的制造過程91中提供。在接閃器的制造過程的實(shí)施例中，首先 提供了接閃器，例如在模制、鑄造或粉劑冶金過程91中。在實(shí)施例中的過程包括處理步驟 92以保證至少部分的接閃器為碳納米管金屬復(fù)合材料和/或?qū)嵤├械倪^程包括向接閃 器的外表面上提供一層碳納米管的處理步驟93。接閃器安裝在轉(zhuǎn)子葉片上的接閃器位置中 (步驟94)并且確定了從接閃器到電下引導(dǎo)體的電接觸(步驟95)。雖然已經(jīng)結(jié)合指定實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是不應(yīng)該解釋為以任意方式限制為 提供的實(shí)例。本發(fā)明的范圍是由所附的權(quán)利要求組設(shè)定的。在權(quán)利要求中，術(shù)語“包括 (comprising)”或“包括(comprises) ”并不排除其它可能的元件或步驟。而且，提及的參 考例如“一個(a)”或“一個(an)”等等不應(yīng)解釋為不包括多個。另外，在不同的權(quán)利要求 中提到的各自的特征可以有利地進(jìn)行組合，并且在不同的權(quán)利要求中提到的這些特征不會 排除特征的組合是不可能的并且有利的。
權(quán)利要求
一種風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，包括雷電保護(hù)系統(tǒng)，其中，雷電保護(hù)系統(tǒng)包括布置在轉(zhuǎn)子葉片中的接閃器，并且其中，接閃器包括碳納米管。
2.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，碳納米管以碳納米管層的 形式和/或以其中至少部分接閃器為碳納米管金屬復(fù)合材料的形式設(shè)置在外表面上。
3.如上述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，碳納米管是單 壁碳納米管、多壁碳納米管或兩者的組合。
4.如上述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，碳納米管具有 半導(dǎo)體傳導(dǎo)率、金屬傳導(dǎo)率或兩者的組合。
5.如上述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，接閃器包括從 下面的組中選取的材料CU、Co、Cr、W、V、Ag、Ni、Au、Al、Pb、Mg、Sn、Zn、Ti、Mo、Zr、Mn、Fe、 In、Ir、Nb、Ta、Re、Pd、Os、Rh、Ir、Pt、Ru、C、CuW、CuWAg、CuSn、CuNi、CuBe、CuZn、CuAg、CuCcU CuCr, CuZr, CuCrZr, CuTe, CuC、AgCdO, AgSnO2, AgSnO2In2O3^ AgZnO, AgCdOSnO2, AgMgONiO, Agff, AgffC, AgffO2, AgW03、AgMo, AgC、AgNi, AgPcU AgCuNi, ReW、具有氧化物、鉻鎳鐵合金、康 銅、蒙耐合金、殷鋼、哈司特鎳合金、Cu-Al2O3、不銹鋼、鋼的添加劑的Cu、Ag、W、Mo、Ni、Cr、 Ti、V、Zr、Mn、Ta、Fe、或Nb的金屬基體復(fù)合物或其任意合金或復(fù)合物。
6.如上述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，接閃器的外表 面設(shè)置有一個或多個電場增強(qiáng)突起。
7.如權(quán)利要求6所述的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，一個或多個場增強(qiáng)突起包 括一個或多個總體上從外表面向外指向的尖頭突起。
8.如權(quán)利要求6所述的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，一個或多個場增強(qiáng)突起包 括弧形突起。
9.如權(quán)利要求6所述的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，一個或多個場增強(qiáng)突起構(gòu) 成基本上波浪形的外表面。
10.如權(quán)利要求6所述的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，一個或多個場增強(qiáng)突起包 括圓柱形突起。
11.如權(quán)利要求2-10中任一項所述的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，碳納米管層 包括沿著垂直于外表面的表面的方向基本上垂直地對準(zhǔn)的碳納米管。
12.如權(quán)利要求2-10中任一項所述的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，碳納米管層 包括沿著基準(zhǔn)面的垂直方向基本上垂直地對準(zhǔn)的碳納米管。
13.如權(quán)利要求2-12中任一項所述的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，碳納米管層 依照圖案掩模形成圖案。
14.如上述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，碳納米管基本 上均勻地分布在金屬基體材料中。
15.如上述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，碳納米管在金 屬基體材料中基本上隨機(jī)地定向。
16.如上述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，至少碳納米管 的集合沿著接閃器的厚度延伸的方向定向。
17.如上述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，碳納米管分散 在連續(xù)的金屬基體中。
18.如上述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，至少部分碳納 米管彼此物理接觸。
19.如上述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，碳納米管在接 閃器中的體積百分率在5%到75%的范圍內(nèi)。
20.包括一個或多個轉(zhuǎn)子葉片的風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)，其中，一個或多個轉(zhuǎn)子葉片包括雷 電保護(hù)系統(tǒng)，其中，雷電保護(hù)系統(tǒng)包括布置在轉(zhuǎn)子葉片中的接閃器，并且其中，接閃器包括 碳納米管。
21.一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的接閃器，其特征在于，接閃器包括碳納米管。
22.一種用于制造具有雷電保護(hù)系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的方法，該方法包括-提供具有用于接收接閃器的接閃器位置的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片；-提供如權(quán)利要求1至19中任一項所述的接閃器；-將接閃器安裝在轉(zhuǎn)子葉片上的接閃器位置中；-建立從接閃器到電下引導(dǎo)體的電接觸。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，通過向外表面上提供催化材料的島或顆 粒并且從催化材料中生長碳納米管，碳納米管就生長到接閃器的外表面上。
24.如權(quán)利要求22-23中任一項所述的方法，其特征在于，碳納米管生長成沿著定向方 向垂直地對準(zhǔn)。
25.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，接閃器的材料為碳納米管金屬復(fù)合物的 形式并且其中碳納米管金屬復(fù)合物由液態(tài)制造法、蒸汽態(tài)制造方法或粉末冶金方法制造。
全文摘要
本發(fā)明涉及包括雷電保護(hù)系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片。雷電保護(hù)系統(tǒng)包括用于捕獲雷擊的接閃器。接閃器布置在轉(zhuǎn)子葉片中。接閃器包括碳納米管。在實(shí)施例中，在外表面上的碳納米管設(shè)置有碳納米管層，和/或至少部分接閃器為碳納米管金屬復(fù)合材料例如碳納米管金屬基體復(fù)合材料。此外，接閃器的外表面在實(shí)施例中可以設(shè)置有一個或多個電場增強(qiáng)突起。
文檔編號F03D11/00GK101903649SQ200880121123
公開日2010年12月1日 申請日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月20日
發(fā)明者H·V·埃里克森, M·V·R·S·延森 申請人:維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)集團(tuán)公司