Pala de turbina eólica con receptores de rayos que comprende nanotubos de carbono.

Una pala de rotor de turbina eólica que comprende un sistema de protección contra rayos,

en la que el sistemade protección contra rayos comprende un receptor de rayos dispuesto en la pala de rotor, caracterizado porque el receptor de rayos comprende nanotubos de carbono.

Pala de turbina eólica con receptores de rayos que comprende nanotubos de carbono Campo de la invención La presente invención se refiere a una pala de rotor de turbina eólica que comprende un sistema de protección contra rayos. En particular, la invención se refiere a un sistema de protección contra rayos que comprende receptores de rayos para capturar los impactos de rayos. Los receptores están dispuestos en la pala de rotor. Además, la invención se refiere a un generador de turbina eólica con un sistema de protección contra rayos, a un receptor de rayos, y a un procedimiento de fabricación con una pala de rotor de turbina eólica con un sistema de protección contra rayos.

Antecedentes de la invención Los generadores de turbina eólica son construcciones prominentes altas situadas en campo abierto y por lo tanto, típicamente están expuestos al impacto de rayos. Para proteger los generadores de la turbina eólica de los impactos, normalmente las palas de rotor de turbina eólica están provistos de un sistema de protección contra rayos. En general, dichos sistemas son conocidos e incluyen receptores de rayos de un material eléctricamente conductor. A

menudo, los receptores de rayos se montan en las palas de rotor, donde se colocan cerca de la punta u otra superficie exterior. El receptor de rayos puede capturar un impacto de un rayo y conducir la corriente a través de un conductor de bajada que se extiende en la dirección longitudinal de la pala y que está conectado a tierra por medio del buje de la turbina eólica.

Es un problema conocido que la carga implicada en un impacto es tan grande que el calor resultante puede provocar

que el material de los receptores de rayos se evapore y se retire. Esto da lugar a un incremento en la inspección de los receptores de rayos y a un incremento en el mantenimiento con el fin de reparar o reemplazar los receptores gastados así como la posible reparación de los daños de las palas del rotor. Esto da lugar a un tiempo de inactividad no deseado de los generadores de la turbina eólica.

Los inventores de la presente invención han apreciado que sería beneficioso un sistema de protección contra rayos 25 de una pala de rotor de turbina eólica, y en consecuencia han ideado la presente invención.

Sumario de la invención La presente invención busca proporcionar una pala de rotor de turbina eólica con respecto a la resistencia al desgaste por el impacto de los rayos de los receptores de rayos. Se puede ver como un objetivo de la presente invención proporcionar un generador de turbina eólica con un tiempo de inactividad bajo, o incluso sin tiempo de inactividad, debido al impacto de rayos. Preferentemente, la invención alivia, mitiga o elimina uno o más problemas de la técnica anterior. El documento DE 10 2005 045579 A1 divulga una pala de rotor de turbina eólica con un sistema de protección contra rayos que comprende receptores de rayos.

De acuerdo con el primer aspecto de la invención se proporciona una pala de rotor de turbina eólica que comprende un sistema de protección contra rayos, en la que el sistema de protección contra rayos comprende un receptor de rayos dispuesto en la pala de rotor, y en la que el receptor de rayos comprende nanotubos de carbono.

Los inventores de la presente invención se han dado cuenta de que junto con los impactos de los rayos, pueden ser importantes varios factores, un factor se refiere a proporcionar un material con un punto de evaporación suficientemente alto (energía latente de evaporación) , punto de fusión (calor latente de fusión) y/o estabilidad química y térmica para mantener el calor que surge de la descarga del rayo, un segundo factor se refiere a 40 proporcionar un material con una conductancia eléctrica alta para conducir eficazmente las corrientes desde el área del impacto a la mayor parte del receptor, y el tercer factor se refiere a un material con una conductancia térmica alta y/o capacidad térmica para extraer eficazmente el calor generado lejos del área del impacto, y/o que pueda mantener el calor generado del impacto. Es una ventaja de la presente invención que los receptores de rayos que comprenden nanotubos de carbono, soportan estos factores, puesto que los nanotubos de carbono poseen un punto 45 de evaporación, estabilidad química y térmica, conductividad y propiedades térmicas que son superiores a la mayoría de los metales.

En el contexto de la presente invención, debe interpretarse que un receptor de rayos es una región dedicada o específica para capturar un impacto de un rayo y retirar las corrientes inducidas lejos del área de impacto. Esta región es una parte dedicada y/o separada de la pala de rotor típicamente fabricada por separado y destinada para 50 montarse en la pala de rotor.

Se pueden proporcionar los nanotubos de carbono en la superficie exterior en forma de una capa de nanotubos de carbono y/o encapsularse en el receptor de rayos de modo que al menos una parte del receptor de rayos es de un material compuesto metálico de nanotubos de carbono. Los nanotubos de carbono proporcionados en la superficie o en la región de superficie pueden tener un efecto potenciador de campo mientras que la presencia de nanotubos de 55 carbono en el material compuesto metálico puede mejorar adicionalmente las características del material con respecto al incremento de la resistencia al desgaste a los impactos de rayos, tales como resistencia a la erosión, por ejemplo, resistencia a la erosión de arco, en comparación con los receptores de rayos de materiales compuestos metálicos sin nanotubos de carbono.

Los nanotubos de carbono pueden ser nanotubos de carbono de pared simple (SWNT) , nanotubos de carbono de 5 pared múltiple (MWNT) o una combinación de los dos.

Los nanotubos de carbono de pared simple son superiores a los nanotubos de carbono de pared múltiple con respecto a la conductividad eléctrica y térmica, sin embargo los MWNT pueden ser superiores a SWNT con respecto a la resistencia a influencias químicas del entorno circundante. Por lo tanto, puede ser una ventaja el uso de una combinación de SWNT y MWNT.

Los nanotubos de carbono pueden presentar conductividad semiconductora o conductividad metálica en ase a la estructura del nanotubo. A partir de consideraciones eléctricas solo, por lo tanto puede ser ventajoso el uso de nanotubos de carbono con conductividad metálica. Sin embargo, todos los tipos de nanotubos de carbono son superiores sobre la mayoría de los metales con respecto a la conductividad térmica así como a la estabilidad química y térmica. Por lo tanto, se pueden proporcionar receptores de rayos mejorados a partir del uso de nanotubos de carbono que presenten conductividad metálica o semiconductora, o una mezcla/combinación de las dos.

En realizaciones, el receptor de rayos puede comprender nanotubos de carbono como una capa de superficie soportada por el receptor de rayos, encapsulada en un material compuesto de matriz metálica, es decir, para formar un material compuesto de matriz metálica, o como una capa de superficie soportada por un material compuesto de matriz metálica de nanotubos de carbono. El material del receptor puede comprende una parte metálica, sin 20 embargo también se pueden proporcionar componentes no metálicos adicionales. En realizaciones, el receptor de rayos comprende un material seleccionado del grupo de: 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, CuCd, CuCr, CuZr, CuCrZr, CuTe, CuC, AgCdO, AgSnO2, AgSnO2In2O3, AgZnO, AgCdOSnO2, AgMgONiO, AgW, AgWC, AgWO2, AgWO3, AgMo, AgC, AgNi, AgPd, AgCuNi, ReW, compuestos de matriz metálica de Cu, Ag, W, Mo, Ni, Cr,

Ti, V, Zr, Mn, Ta, Fe o Nb con adiciones de óxidos, Inconel, Constantan, Monel, Invar, Hastelloy, Cu-Al2O3 (por ejemplo, GlidCop) , acero inoxidable, acero, o cualquier aleación o compuesto de los mismos.

El receptor de rayos puede estar provisto de una o más prominencias potenciadoras del campo eléctrico en la superficie exterior del receptor para mejorar adicionalmente los receptores de rayos, puesto que se puede incrementar la intensidad de campo eléctrico en la proximidad de una prominencia que se extiende hacia fuera 30 desde la superficie exterior del receptor. Después del impacto de un rayo, los bordes de los receptores de rayos son propensos a perder más material que las partes centrales de los receptores de rayos. Cuando se retira el material en el borde del receptor, esto puede tener un efecto potenciador del campo eléctrico que incrementa además la probabilidad de impacto de un rayo en el área del borde. Sin embargo, es deseable apartar el área del impacto del borde debido al... [Seguir leyendo]

1. Una pala de rotor de turbina eólica que comprende un sistema de protección contra rayos, en la que el sistema de protección contra rayos comprende un receptor de rayos dispuesto en la pala de rotor, caracterizado por que el receptor de rayos comprende nanotubos de carbono.

2. La pala de rotor de turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1, en la que se proporcionan los nanotubos de carbono en una superficie exterior en forma de una capa de nanotubos de carbono y/o en la forma donde al menos parte del receptor de rayos es de un material compuesto metálico de nanotubos de carbono.

3. La pala de rotor de turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que los nanotubos de carbono son nanotubos de carbono de pared simple, nanotubos de carbono de pared múltiple o 10 una combinación de los dos.

4. La pala de rotor de turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la superficie exterior del receptor está provista de una o más prominencias potenciadoras del campo eléctrico.

5. La pala de rotor de turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 4, en la que la una o más prominencias

potenciadoras del campo comprenden una o más prominencias apuntadas que, en general, apuntan hacia 15 fuera de la superficie exterior.

6. La pala de rotor de turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 4, en la que la una o más prominencias potenciadoras del campo comprenden prominencias con forma de arco.

7. La pala de rotor de turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 4, en la que la una o más prominencias potenciadoras del campo constituyen una superficie exterior generalmente con forma de onda.

8. La pala de rotor de turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 4, en la que la una o más prominencias potenciadoras del campo comprenden prominencias con forma de cilindro.

9. La pala de rotor de turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2-8, en la que la capa de nanotubos de carbono comprende nanotubos de carbono que están alineados de forma sustancialmente vertical a lo largo de direcciones que son normales al plano de superficie de la superficie exterior.

10. La pala de rotor de turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que al menos un conjunto de los nanotubos de carbono está orientado a lo largo de una dirección que se extiende a lo largo de un grosor del receptor.

11. La pala de rotor de turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que los nanotubos de carbono están dispersados en una matriz metálica continua.

12. Un generador de turbina eólica que comprende una o más palas de rotor, siendo cada pala de rotor una pala de rotor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

13. Un procedimiento de fabricación de una pala de rotor de turbina eólica con un sistema de protección contra rayos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, comprendiendo el procedimiento:

-proporcionar una pala de rotor de turbina eólica que tiene una localización de receptor para recibir un 35 receptor de rayos;

-proporcionar el receptor de rayos

-montar el receptor en la localización del receptor sobre la pala de rotor;

-establecer un contacto eléctrico desde los receptores de rayos a un conductor de bajada.

14. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 13, en el que los nanotubos de carbono se hacen crecer

sobre la superficie exterior de los receptores proporcionando islas o partículas de un material catalítico a la superficie exterior y haciendo crecer los nanotubos de carbono a partir del material catalítico.