相变材料在风力发电机中延迟结冰或引起除冰的应用制造技术

技术编号:18619902 阅读:96 留言:0更新日期:2018-08-07 22:57
本发明专利技术涉及相变材料(PCM)在不同的风力发电机元件中延迟结冰或引起除冰的应用。本发明专利技术还涉及基于相变材料(PCM)的应用用于在不同的风力发电机元件中延迟结冰或引起除冰的方法,所述方法包括:a)获得所述相变材料,和b)将获得的所述相变材料加入不同的风力发电机元件中。

Application of phase change material in delayed freezing or deicing in wind turbines

The invention relates to the application of phase change material (PCM) to deicing or deicing in different wind generator elements. The invention also relates to a method based on the application of phase change material (PCM) to delay ice or deicing in different wind power generator elements, the method including: a) obtaining the phase change material, and b) adding the obtained phase change material to different wind generator elements.

【技术实现步骤摘要】
相变材料在风力发电机中延迟结冰或引起除冰的应用
本专利技术一般涉及相变材料(PCM)延迟结冰或引起除冰的应用。这种类型的材料的应用被特别考虑到在风力发电机(wind-drivenpowergenerator)中用于该目的。此外,考虑通过在不同的风力发电机元件中加入(incorporate)相变材料用于延迟结冰或引起除冰(de-icing,去冰)的方法。
技术介绍
安装在寒冷的气候中和高海拔处的风力发电机叶片被暴露以结冰,并且存在冰生长和冰积聚的问题。这种现象以不同的方式影响风力发电机的设计:结冰会对空气动力学产生严重的影响,并且也会影响涡轮机的结构性能。温度的影响,且特别是在结构中的冰块的形成,可以改变风力发电机叶片的固有频率,整个涡轮机中带来动力学问题,并因此减少年发电量(AEP)并负面影响功率曲线。此外,如果功率曲线太低,冰粘附甚至可以产生的非计划的停机,这严重影响了能量生产。此外,控制系统可能受到影响且控制设备甚至可能冻结或结冰,向涡轮控制系统提供不正确的信息。该涡轮机的结构完整性可能受到由于部件的固有频率变化引起的共振而不对称结冰导致的显著失衡的影响,超过设计的疲劳载荷并引起非计划停机,而相应增加运营支出(OPEX)。此外,风力涡轮机及其周边区域的安全也将受到结冰、或者通常受到在寒冷的气候下运行的影响。分离的冰碎片,或者甚至是从转子上掉下的大片的冰,可能伤害人或动物,或者造成物质损失。在一些国家,甚至有法律规定,鉴于上述安全问题,在冰存在下需要关闭风力发电机,并带来随后的收入损失。在现有技术中,已经开发了各种防冰和除冰的方法,诸如例如,那些基于纳米涂层和其他纳米结构表面的方法,或者基于可加热织物的主动除冰系统。存在一些基于仿生学的策略(TakSingWong等人,“Bioinspiredself-repairingslipperysurfaceswithpressure-stableomniphobicity”(2011)Nature477,443–447)处理不同的方面,诸如,例如,受到食肉植物的启发而开发的疏液(omniphobic,憎物)表面,其如此光滑以致它们防止结冰,或者开发的、受到诸如莲花的启发的超疏水表面,将具有低表面能的表面粗糙度与微米和纳米尺度的分形维数相结合(JianyongLv等人,“Bio-inspiredstrategiesforanti-icing”(2014)ACSNano8(4),pp.3152-3169;MichaelJ.Kreder等人,“Designofanti-icingsurfaces:smooth,texturedorslippery?”(2016)NatureReviewsMaterials,1;KshitijC.Jha等人,“Onmodulatinginterfacialstructuretowardsimprovedanti-icingperformance”(2016)Coating6(1),3)。相变材料(PCM)依照所选的相变材料的工作范围在不同的应用领域中被用作用于热能储存的材料。相变材料是具有高熔化热的物质,在特定的温度下熔化和凝固,储存和释放大量的热能。当物质冻结时,它以结晶潜热的形式释放能量,并且当它熔化时,它以熔化潜热的形式储存热量。这种现象是由于相变涉及大量的热量而没有材料的温度变化的事实。根据它们的组成,它们被分类如下:-有机(石蜡烃(paraffins),或非石蜡烃,诸如酯类、醇类或酸类);-无机(水合或金属盐类);-低共熔(有机-有机;有机-无机;无机-无机)。近年来,因为不同于常规的储能材料(诸如显热储存材料),相变材料在几乎恒定的温度下吸附和释放的热量,所以相变材料在能源市场上引起了很大的兴趣。此外,它们能够在每单位体积中储存在5-14倍的热量。例如,相变材料用于不同的工业部门(诸如建筑业中)作为恒温器。然而,发现提及使用相变材料用于防冰的仅存的参考文献如下:·添加/引入相变材料至固体表面与冰之间的液体中以减少冰粘附(润滑膜)(MichaelBerger等人,“Anti-icingstrategiesinspiredbynanotechnologyandbiology”2014年3月18日[在线]获取自http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=34823.php)。然而,这种策略的缺点是液体随着时间的推移从固体表面消失,因此这种技术的功效可能受到时间的限制。与此策略不同的是,本专利技术要求保护的方案使用可被限制(confined)或化学紧固在风力发电机的材料中的物质中,诸如,在例如与表面水和冰接触的漆料中。·基于结合低表面能材料的相变材料的覆料经历具有随后的体积变化(在低于0℃的温度下膨胀)的固-固相变,通过破坏冰的沉积层来发生作用(BrianDixon等人,“NovelPhaseChangeMaterialIcephobicCoatingforIceMitigationinMarineEnvironments”The12thAnnualGeneralAssemblyofIAMU[在线]获取自http://iamu-edu.org/wp-content/uploads/2014/07/Novel-Phase-change-Material-Icephobic-Coating-for-Ice-Mitigation-in-Marine-Environments1.pdf)。这种策略和本专利技术要求保护的方案的主要区别在于,本专利技术中使用了具有固-液相变、通常具有较高的熔化和结晶焓的相变材料。此外,通过考虑受限制的相变材料的使用,要求保护的方案在相变材料被包括在风力发电机中时相变材料的相变期间不带来相变材料体积的显著变化,从而防止使用期间所述材料中可能的裂缝的形成。不论现有技术的需要,使用相变材料作为风力发电机中的防冻液至今并未被描述。在本专利技术中,作者首次考虑使用这种类型的PCM材料作为风力发电机材料中(主要在叶片中)的能量储存手段,以延迟结冰或引起除冰。本专利技术的作者基于重要的研究工作已经能够证明将相变材料加入不同的风力发电机部件的覆料或结构材料中,在特定的条件下,会延迟结冰,从而增加AEP。为此,他们已经开发出一种方法,允许将相变材料加入不同的风力发电机部件中,用于最佳地延迟结冰或引起除冰的目的。在开发的方法中,为了防止相变材料在相变期间渗出,使用的相变材料可以或者被限制在胶囊(有机的或无机的)中,或者可以用相变材料浸没有机支撑体(support)。还考虑了相变材料(无论是否被限制)可以通过可逆或不可逆共价键紧固(anchor)至不同的风力发电机部件的材料。相变材料可以被加入覆盖不同的风力发电机元件的漆料(paint,漆)或覆料(coating,涂料)中;被加入形成不同的风力发电机的内部结构的材料中;被加入油灰(用于叶片从模具取出后识别到的缺陷的塑形(shaping)的材料)中,或者通过喷涂作为沉积在表面上的薄层。
技术实现思路
在第一方面中,本专利技术考虑相变材料在不同的风力发电机元件中延迟结冰或引起除冰的应用。在第二方面中,考虑了基于相变材料(PCM)的使用用于在不同的风力发电机元件中本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.相变材料(PCM)在不同的风力发电机元件中延迟结冰或引起除冰的应用。

【技术特征摘要】
2017.02.01 ES P2017000791.相变材料(PCM)在不同的风力发电机元件中延迟结冰或引起除冰的应用。2.根据权利要求1所述的应用,其中所述相变材料是被限制的。3.根据权利要求2所述的应用,其中所述相变材料被限制于有机或无机微胶囊/纳米胶囊中或者在用所述相变材料浸渍的有机支撑体中。4.根据权利要求1至3中任一项所述的应用,其中将所述相变材料化学紧固至形成不同的风力发电机元件的材料。5.用于基于相变材料(PCM)的应用在不同的风力发电机元件中延迟结冰或引起除冰的方法,所述方法包括以下步骤:a)获得所述相变材料;和b)将所获得的相变材料加入不同的风力发电机元件中。6.根据权利要求5所述的方法,其中所述相变材料是被限制的。7.根据权利要求6所述的方法,其中所述相变材料的限制可以通过以下方式实现:i)将所述相变材料封装在有机或无机纳米胶囊/微胶囊中,或者ii)用相变材料浸渍有机支撑体。8.根据权利要求7所述的方法,其中所述相变材料的限制在无机纳米胶囊/微胶囊中实现。9.根据权利要求8所述的方法,其中在无机纳米胶囊/微胶囊中的所述相变材料的限制包括以下步骤:A.产生水包油(O/W)乳状液,包括:1)在包括在25-200℃之间的工作温度下,获得包括表面活性剂或表面活性剂的混合物、相变材料和水的混合物,其中所述混合物中所述表面活性剂的重量百分比为1-30%,且所述混合物中相变材料的重量百分比为1-50%,和2)对1)中获得的所述混合物执行机械或超声搅拌,直到获得由相变材料在水中的液滴组成的所述乳状液;B.向在A)中产生的所述乳状液逐滴添加无机前驱体,用于通过溶胶-凝胶法在每滴相变材料周围形成无机纳米胶囊/微胶囊,C.用溶剂清洗在B)中形成的所述纳米胶囊/微胶囊以去除表面活性剂和未封装的相变材料残余物,D.在25-300℃之间的温度下...

【专利技术属性】
技术研发人员:阿马亚·马汀兹·歇坦迪亚米廉·布兰科·米格尔阿尔穆德纳·穆诺兹·巴比亚诺欧拉兹·加西亚·米格尔
申请(专利权)人:歌美飒创新技术公司
类型:发明
国别省市:西班牙,ES

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