[发明专利]相变材料在风力发电机中延迟结冰或引起除冰的应用

说明书

本发明涉及相变材料(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。

技术领域

本发明一般涉及相变材料(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-driven power generator)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。

背景技术

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(Tak Sing Wong等人，“Bioinspired self-repairing slippery surfaces with pressure-stable omniphobicity”(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(Jianyong Lv等人，“Bio-inspired strategies for anti-icing”(2014)ACS Nano 8(4),pp.3152-3169；Michael J.Kreder等人，“Design of anti-icing surfaces:smooth,textured or slippery？”(2016)Nature Reviews Materials,1；Kshitij C.Jha等人，“Onmodulating interfacial structure towards improved anti-icing performance”(2016)Coating 6(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)。