(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力タービンブレード（２）用の避雷防護システムのレセプタアセンブリ（１；５）であって、風力タービンブレードの表面から風力タービンブレード内に配置された避雷防護システムの内部に雷電流を運ぶように構成されている１または複数の導電性電流担体（６；１９）と１または複数の装着ボルト（９）および／またはねじ込みロッド（２０）とを備え、
前記電流担体がそれぞれ、装着ボルトまたはねじ込みロッドの少なくとも一部を包囲するような構成と寸法を有する金属部であり、
前記装着ボルトまたはねじ込みロッドの外面の少なくとも一部が各電流担体の一端で、前記レセプタアセンブリが風力タービンブレード内に搭載されるときにレセプタベース（３；１６）との機械的および電気的接続のための接触面（１０）となるように構成されるため、
前記レセプタアセンブリが雷の衝撃を受ける際、雷電流の大半が前記レセプタアセンブリを通る経路上、前記１または複数の装着ボルトおよび／またはねじ込みロッドではなく前記１または複数の電流担体を通過する、レセプタアセンブリ。
【請求項２】
管状レセプタシリンダ（６）の形状の電流担体を備えるサイドレセプタ（１）の形状をとる請求項１に記載のレセプタアセンブリであって、前記レセプタシリンダの一方の部分閉鎖端に中央穴が貫通し、部分閉鎖端の外面の少なくとも一部が、前記サイドレセプタが風力タービンブレード内に搭載されるときにサイドレセプタベース（３）との機械的および電気的接続のための接触面（１０）となるように構成され、中央穴の径が装着ボルト（９）の前記ねじ部の径よりもわずかに大きく、
前記レセプタシリンダの内径が前記装着ボルトのヘッドの径よりも大きく、前記レセプタシリンダの内長が前記ボルトのヘッドの高さよりも大きいため、前記装着ボルトはヘッドを前記レセプタシリンダ内に隠し、ねじ部を前記部分閉鎖端の中央穴から突出させるように構成することができ、
レセプタプラグ（７）が前記レセプタシリンダの部分閉鎖端の反対の端部に嵌合して、中に隠れた前記装着ボルトのヘッドを覆うような寸法に設定される、請求項１に記載のレセプタアセンブリ。
【請求項３】
前記レセプタプラグが耐熱ペーストから成る、請求項２に記載のレセプタアセンブリ。
【請求項４】
高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）製のねじ込みキャップ（１４）が、前記装着ボルトのスロット内に配置される、請求項３に記載のレセプタアセンブリ。
【請求項５】
前記レセプタプラグが金属、プラスチック材料、ゴム、またはグラスファイバの固体材料製である、請求項２に記載のレセプタアセンブリ。
【請求項６】
前記装着ボルトのヘッドと前記レセプタシリンダの前記部分閉鎖端の内面との間に配置される、グラスファイバ強化ポリマー（ＧＦＲＰ）製の電気絶縁シム（２３）をさらに備える、請求項２〜５のいずれか１項に記載のレセプタアセンブリ。
【請求項７】
前記装着ボルトのヘッドの周囲に、前記装着ボルトを前記レセプタシリンダから電気的に絶縁するために、ゴム、ポリマー、または絶縁複合物製のボルト絶縁体（１５）をさらに備える、請求項２〜６のいずれか１項に記載のレセプタアセンブリ。
【請求項８】
前記ボルト絶縁体が前記レセプタプラグ内に物理的に一体化される、請求項７に記載のレセプタアセンブリ。
【請求項９】
前記レセプタシリンダの湾曲面がわずかに円錐状であり、前記サイドレセプタがゴムガスケット（１７）をさらに備え、前記ゴムガスケットが前記レセプタシリンダを包囲し、風力タービンブレードへの前記サイドレセプタの搭載中、前記レセプタシリンダが前記ゴムガスケットに押し込められるとき、前記レセプタシリンダを収容して嵌合させるように構成されるわずかに円錐状の内面を有する、請求項２〜８のいずれか１項に記載のレセプタアセンブリ。
【請求項１０】
前記装着ボルトのねじ径が８ｍｍ〜１５ｍｍである、請求項２〜９のいずれか１項に記載のレセプタアセンブリ。
【請求項１１】
前記レセプタシリンダの外縁が前記部分閉鎖端で傾斜しているため、前記接触面の少なくとも一部が傾く、請求項２〜１０のいずれか１項に記載のレセプタアセンブリ。
【請求項１２】
前記接触面の傾斜部と前記レセプタシリンダの長軸との間の角度が３０度〜７０度である、請求項１１に記載のレセプタアセンブリ。
【請求項１３】
前記部分閉鎖端の反対の端部に、前記レセプタシリンダの長軸と略垂直に外方に突出するレセプタラフ（１１）をさらに備える、請求項２〜１２のいずれか１項に記載のレセプタアセンブリ。
【請求項１４】
前記レセプタシリンダが少なくとも部分的に銅または銅合金から成る、請求項２〜１３のいずれか１項に記載のレセプタアセンブリ。
【請求項１５】
前記レセプタシリンダが少なくとも部分的に鋼から成る、請求項２〜１４のいずれか１項に記載のレセプタアセンブリ。
【請求項１６】
前記レセプタシリンダが少なくとも部分的にアルミニウムから成る、請求項２〜１５のいずれか１項に記載のレセプタアセンブリ。
【請求項１７】
前記レセプタシリンダが前記部分閉鎖端と反対の端部で、炭化タングステンの耐熱材料製の防護層で被覆される、請求項２〜１６のいずれか１項に記載のレセプタアセンブリ。
【請求項１８】
前記レセプタシリンダが少なくとも部分的に炭化タングステンから成る、請求項２〜１７のいずれか１項に記載のレセプタアセンブリ。
【請求項１９】
前記レセプタシリンダの内径が１０ｍｍ〜４０ｍｍである、請求項２〜１８のいずれか１項に記載のレセプタアセンブリ。
【請求項２０】
前記レセプタシリンダの壁厚が２ｍｍ〜１０ｍｍである、請求項２〜１９のいずれか１項に記載のレセプタアセンブリ。
【請求項２１】
前記レセプタシリンダの長が１５ｍｍ〜１５０ｍｍである、請求項２〜２０のいずれか１項に記載のレセプタアセンブリ。
【請求項２２】
ブレード表面保護材（１２）をさらに備え、前記保護材が前記レセプタシリンダを包囲し、前記風力タービンブレードの外殻と平行な面で外方に延在し、前記風力タービンブレードの外殻に貼付され、前記レセプタシリンダの部分閉鎖端の反対の端部、および、もしあれば前記レセプタラフと略位置合わせされる、請求項２〜２１のいずれか１項に記載のレセプタアセンブリ。
【請求項２３】
前記ブレード表面保護材が、ポリエステルまたはポリアミド膜からなる耐熱プラスチック材料、グラスファイバ複合材料、または高温セラミック化合物の円形シートから作製され、接着剤によって前記風力タービンブレードの表面に固定される、請求項２２に記載のレセプタアセンブリ。
【請求項２４】
先端レセプタ（５）と導電性ブッシング（１９）の形状の１または複数の電流担体とを備え、ブッシングの内径が、前記先端レセプタを先端レセプタベース（１６）に装着するために前記ブッシングを通って延在するボルトまたはねじ込みロッド（２０）の径よりも大きいため、
前記先端レセプタが風力タービンブレード内に搭載されるとき、前記先端レセプタが前記導電性ブッシングの一端と機械的および電気的に接続し、前記先端レセプタベースが前記導電性ブッシングの他端と機械的および電気的に接続する、請求項１に記載のレセプタアセンブリ。
【請求項２５】
前記先端レセプタが、前記先端レセプタベースに対向する面に、前記先端レセプタが風力タービンブレード内に搭載されるときにねじ込みロッドを収容する穴を備え、１または複数の他の面に、ナット（２１）を通し、前記先端レセプタ内で前記ねじ込みロッドの端部の周囲で装着し、締め付けることのできる１または複数の開口（２２）を備える、請求項２４に記載のレセプタアセンブリ。
【請求項２６】
前記開口（２２）に嵌合し、開口内に隠れた前記ナットを覆うような寸法に設定されたレセプタプラグをさらに備える、請求項２５に記載のレセプタアセンブリ。
【請求項２７】
前記レセプタプラグが耐熱ペーストから成る、請求項２６に記載のレセプタアセンブリ。
【請求項２８】
前記レセプタプラグが金属、プラスチック材料、ゴム、またはグラスファイバから成る固体材料から成る、請求項２６に記載のレセプタアセンブリ。
【請求項２９】
前記装着ボルトまたはねじ込みロッドのねじ径が６ｍｍ〜１５ｍｍである、請求項２４〜２８のいずれか１項に記載のレセプタアセンブリ。
【請求項３０】
前記ブッシングが少なくとも部分的に銅または銅合金から成る、請求項２４〜２９のいずれか１項に記載のレセプタアセンブリ。
【請求項３１】
前記ブッシングが少なくとも部分的に鋼から成る、請求項２４〜３０のいずれか１項に記載のレセプタアセンブリ。
【請求項３２】
前記ブッシングが少なくとも部分的にアルミニウムから成る、請求項２４〜３１のいずれか１項に記載のレセプタアセンブリ。
【請求項３３】
前記ブッシングが少なくとも部分的に炭化タングステンから成る、請求項２４〜３２のいずれか１項に記載のレセプタアセンブリ。
【請求項３４】
前記ブッシングの壁厚が２ｍｍ〜１０ｍｍである、請求項２４〜３３のいずれか１項に記載のレセプタアセンブリ。
【請求項３５】
前記ブッシングの長が１５ｍｍ〜１５０ｍｍである、請求項２４〜３４のいずれか１項に記載のレセプタアセンブリ。
【請求項３６】
前記ブッシングの総断面積が４０ｃｍ２超である、請求項２４〜３５のいずれか１項に記載のレセプタアセンブリ。
【請求項３７】
請求項１〜３６のいずれか１項に記載の１または複数のレセプタアセンブリ（１）を備える風力タービンブレード（２）用避雷防護システム。
【請求項３８】
請求項３７に記載の避雷防護システムを備える風力タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力タービンブレード用の避雷防護システムの直付けレセプタに関する。
【背景技術】
【０００２】
最も良く知られる風力タービンブレード用の避雷防護システムは、１または複数の内部に配置される避雷導線とブレードの外面に配置されるいくつかの雷レセプタとを備える。通常、先端レセプタが風力タービンブレードの先端に配置され、いくつかのサイドレセプタが長の少なくとも一部に沿って風力タービンブレードの表面に分布される。
【０００３】
このような外部雷レセプタは雷の衝撃によるダメージを受ける可能性があるため、雷の衝撃の回数に応じてレセプタの寿命が制限されることは公知の問題である。
【０００４】
当業界において既知な代表的サイドレセプタは単に金属ボルトから成り、ボルトのヘッドは風力タービンブレードの外面と位置合わせされ、ボルトのねじ部は風力タービンブレード内に配置されるサイドレセプタベースにねじ込まれる。導電性サイドレセプタベースは電気的に接地されるため、サイドレセプタのヘッドに衝撃を与える落雷の電流はねじ部を通過してサイドレセプタベースに至り、風力タービンブレードと風力タービンタワーを介して地面に至る。
【０００５】
いくつかの問題が、上記の代表的サイドレセプタの使用に関連する。たとえば、サイドレセプタのヘッドは落雷の衝撃でダメージを負うことが多い。つまり、工具の係合のために設けられたヘッドの凹部（スロット）やその他の構造素子が、何度かの雷の衝撃後に少なくとも部分的に消失してしまうことがある。したがって、たとえば交換のためにサイドレセプタのねじを緩めることがやや困難になる場合が多い。皮肉なことに、サイドレセプタの交換が必要になればなるほど、サイドレセプタを取り外すことが困難になる。
【０００６】
もう１つの課題は、雷電流がサイドレセプタのねじを通過せざるを得ないため、大抵の場合、製造業者は不本意ながらもサイドレセプタの固定用のねじロックやその他の接着剤を使用し、それがサイドレセプタとサイドレセプタベースとの間の導電性を低下させるおそれがある点である。
【０００７】
当業界において既知なように、このような問題は、特に先端レセプタが落雷の衝撃によるダメージのため交換することになるときに発生する。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の目的は、当業界において既知なレセプタの上記の欠点を少なくとも部分的に克服する避雷防護システム用のレセプタを提供することである。
【０００９】
本発明は、風力タービンブレード用の避雷防護システムのレセプタアセンブリに関し、該レセプタアセンブリは、風力タービンブレードの表面から風力タービンブレード内に配置された避雷防護システムの内部に雷電流を運ぶように構成されている１または複数の導電性電流担体と１または複数の装着ボルトおよび／またはねじ込みロッドとを備え、各電流担体は装着ボルトまたはねじ込みロッドの少なくとも一部を包囲するような構成と寸法を有する金属部であり、装着ボルトまたはねじ込みロッドの外面の少なくとも一部は各電流担体の一端で、レセプタが風力タービンブレード内に搭載されるときにレセプタベースに機械的および電気的に接続するための接触面となるように構成されるため、レセプタが雷の衝撃を受ける際、雷電流の大半はレセプタを通る経路上、１または複数の装着ボルトおよび／またはねじ込みロッドではなく１または複数の電流担体を通過する。
【００１０】
本発明は、電流が導体の中心部ではなく導体の表面に沿って流れるという事実を利用する。つまり、雷電流のごくわずかの部分が装着ボルトまたはねじ込みロッドを通過するため、レセプタアセンブリが雷の衝撃を受けるときに装着ボルトまたはねじ込みロッドはダメージを負わない。よって、ボルトまたはねじ込みロッドは無傷のままで、レセプタアセンブリまたはその部品の交換が必要な場合でも正常に使用することができる。
【００１１】
本発明の一実施形態では、レセプタアセンブリは、管状レセプタシリンダの形状の電流担体を備えるサイドレセプタの形状をとり、レセプタシリンダの一方の部分閉鎖端に中央穴が貫通し、サイドレセプタが風力タービンブレード内に搭載されるとき、部分閉鎖端の外面の少なくとも一部が、サイドレセプタベースとの機械的および電気的接続のための接触面となるように構成され、中央穴の径は装着ボルトのねじ部の径よりもわずかに大きく、レセプタシリンダの内径は装着ボルトのヘッド径よりも大きく、レセプタシリンダの内長はボルトのヘッド高よりも大きいため、装着ボルトはヘッドをレセプタシリンダ内に隠し、ねじ部を部分閉鎖端の中央穴から突出させるように構成することができ、レセプタプラグは、レセプタシリンダの部分閉鎖端の反対の端部に嵌合して、中に隠れた装着ボルトのヘッドを覆うような寸法に設定される。
【００１２】
このように構成されるサイドレセプタは、たとえば、装着ボルトのヘッドが落雷によるダメージから守られ、無傷のままであるために、必要なときはいつでも先端レセプタを取り外すことができるという点で有益である。
【００１３】
もう１つの利点は、雷電流が装着ボルトのねじ部ではなく接触面を通過するために、装着ボルト、ひいてはサイドレセプタを固定するねじロックやその他の接着剤の使用に関連する問題が発生しないという点である。
【００１４】
本発明の一実施形態では、レセプタプラグはシリコーンなどの耐熱ペーストから成る。
本発明の一実施形態では、たとえば高密度ポリエチレン（ＨＤＰＡ）製のねじ込みキャップが装着ボルトのスロット内に配置される。
【００１５】
装着ボルトのスロット内にねじ込みキャップを配置することでスロットが防護され、レセプタプラグを形成することができるペーストでスロットを充填しないように確保する。こうした充填は、装着ボルトを緩めて取り外すために、工具をスロットと係合させなければならないときに問題となる可能性がある。
【００１６】
本発明の一実施形態では、レセプタプラグは、金属、プラスチック材料、ゴム、またはグラスファイバなどの固体材料製である。
この場合、固体プラグは、サイドレセプタを交換し、装着ボルトへのアクセスが必要となるときには穿孔させることができる。
【００１７】
本発明の一実施形態では、サイドレセプタは、装着ボルトのヘッドとレセプタシリンダの部分閉鎖端の内面との間に配置される、たとえばグラスファイバ強化ポリマー（ＧＦＲＰ）製の電気絶縁シムをさらに備える。
【００１８】
本発明の一実施形態では、サイドレセプタは、装着ボルトのヘッドの周囲に、装着ボルトをレセプタシリンダから電気的に絶縁するために、たとえばゴム、ポリマー、または絶縁複合物（グラスファイバまたはベークライト）製のボルト絶縁体をさらに備える。
このようなボルト絶縁体を使用することで、雷電流は絶対に装着ボルトを通過しない。
【００１９】
本発明の一実施形態では、ボルト絶縁体はレセプタプラグ内に物理的に一体化される。
本発明の一実施形態では、レセプタシリンダの湾曲面はわずかに円錐状であり、サイドレセプタはゴムガスケットをさらに備え、該ゴムガスケットはレセプタシリンダを包囲し、風力タービンブレードへのサイドレセプタの搭載中、レセプタシリンダがゴムガスケットに押し込められるとき、レセプタシリンダを収容して嵌合させるように構成されるわずかに円錐状の内面を有する。
【００２０】
円錐状レセプタシリンダをゴムガスケットに押し込むことで、サイドレセプタと風力タービンブレード表面の周囲部品との密な接続が確保されて、円錐状レセプタシリンダとブレード外殻積層との間に水が浸入するのを防止する。
【００２１】
本発明の一実施形態では、装着ボルトのねじ径は８ｍｍ〜１５ｍｍ、好ましくは１０ｍｍ〜１２ｍｍである。
本発明の一実施形態では、レセプタシリンダの外縁が部分閉鎖端で傾斜しているため、接触面の少なくとも一部が傾く。
【００２２】
本発明の一実施形態では、接触面の傾斜部とレセプタシリンダの長軸との間の角度は３０度〜７０度、好ましくは５５度〜６５度、最も好ましくは５９度である。
少なくとも部分的に傾斜した接触面の使用は、機械的接触の向上を確保し、雷電流がサイドレセプタからサイドレセプタベースへ通過する接触面を増加させる。５９度という角度は、標準的なドリルの端部の形状に相当する。
【００２３】
本発明の一実施形態では、レセプタシリンダは、部分閉鎖端の反対の端部に、レセプタシリンダの長軸に略垂直に外方に突出するレセプタラフをさらに備える。
レセプタラフは、サイドレセプタと風力タービンブレードの周面との密な接続を確保するのを助け、雷の衝撃による弧状の根元の腐食に備えて材料を追加する。
【００２４】
本発明の一実施形態では、レセプタシリンダは少なくとも部分的に銅または銅合金から成る。銅の使用はレセプタシリンダの超高導電性および高伝熱性を確保する。
本発明の一実施形態では、レセプタシリンダは少なくとも部分的に鋼から成る。
鋼の使用は超高機械的強度を確保し、比較的低コストで腐食関連問題のリスクを軽減する。
【００２５】
本発明の一実施形態では、レセプタシリンダは少なくとも部分的にアルミニウムから成る。
アルミニウムを使用することで、比較的低コストで機械処理が容易になる。
【００２６】
本発明の一実施形態では、レセプタシリンダは部分閉鎖端の反対の端部で、炭化タングステンなどの耐熱材料製の防護層で被覆される。
本発明の一実施形態では、レセプタシリンダは少なくとも部分的に炭化タングステンから成る。
【００２７】
炭化タングステンの使用はレセプタシリンダの表面の高導電性、高伝熱性、超高融解温度を確保し、落雷による電流腐食に対して低サセプタンスである。具体的には、他の材料への炭化タングステンの塗布は、落雷のいわゆる長行程成分に対抗する高性能が証明されている。炭化タングステンは高い化学的安定性を有するため、腐食関連問題のリスクが大幅に軽減される。
【００２８】
本発明の一実施形態では、レセプタシリンダの内径は１０ｍｍ〜４０ｍｍ、好ましくは１５ｍｍ〜３０ｍｍである。
本発明の一実施形態では、レセプタシリンダの壁厚は２ｍｍ〜１０ｍｍ、好ましくは４ｍｍ〜８ｍｍである。
本発明の一実施形態では、レセプタシリンダの長は１５ｍｍ〜１５０ｍｍ、好ましくは２０ｍｍ〜５０ｍｍである。
【００２９】
本発明の一実施形態では、レセプタアセンブリはブレード表面保護材をさらに備え、該保護材はレセプタシリンダを包囲し、ブレード外殻と平行な面で外方に延在し、ブレード外殻に貼付され、レセプタシリンダ部分閉鎖端の反対の端部、および、もしあればレセプタラフと略位置合わせされる。
【００３０】
本発明の一実施形態では、ブレード表面保護材はポリエステルまたはポリアミド膜などの耐熱プラスチック材料、グラスファイバ複合材料、または高温セラミック化合物製の円形シートから成り、接着剤によって風力タービンブレードの表面に固定される。
【００３１】
本発明の一実施形態では、レセプタアセンブリは、先端レセプタと（好ましくは管状の）導電性ブッシングの形状の１または複数の電流担体とを備え、ブッシングの内径は、先端レセプタを先端レセプタベースに装着するためにブッシングを通って延在するボルトまたはねじ込みロッドの径よりも大きいため、先端レセプタが風力タービンブレード内に搭載されると、先端レセプタが導電性ブッシングの一端と機械的および電気的に接続し、先端レセプタベースが導電性ブッシングの他端と機械的および電気的に接続する。
【００３２】
本発明の一実施形態では、先端レセプタは、先端レセプタベースに対向する面に、先端レセプタが風力タービンブレード内に搭載されるときにねじ込みロッドを収容する穴を備え、１または複数の他の面に、ナットを通し、前記先端レセプタ内で前記ねじ込みロッドの端部の周囲で装着し、締め付けることのできる１または複数の開口を備える。
【００３３】
このように構成される先端レセプタアセンブリは、たとえば、ナットまたは装着ボルトのヘッドが落雷によるダメージから守られ、無傷のままであるために、必要なときはいつでも先端レセプタを取り外すことができるという点で有益である。
【００３４】
もう１つの利点は、雷電流が装着ボルトまたはねじ込みロッドのねじ部ではなく接触面を通過するために、装着ボルトまたはねじ込みロッド、ひいては先端レセプタを固定するねじロックやその他の接着剤の使用に関連する問題が発生しないという点である。
【００３５】
本発明の一実施形態では、レセプタアセンブリは、開口に嵌合して、開口内に隠れたナットを覆うような寸法を有するレセプタプラグをさらに備える。
本発明の一実施形態では、レセプタプラグはシリコーンなどの耐熱ペーストから成る。
【００３６】
本発明の一実施形態では、レセプタプラグは金属、プラスチック材料、ゴム、またはグラスファイバなどの固体材料製である。
本発明の一実施形態では、装着ボルトまたはねじ込みロッドのねじ径は６ｍｍ〜１５ｍｍ、好ましくは８ｍｍ〜１２ｍｍである。
【００３７】
本発明の一実施形態では、ブッシングは少なくとも部分的に銅または銅合金から成る。
本発明の一実施形態では、ブッシングは少なくとも部分的に鋼から成る。
本発明の一実施形態では、ブッシングが少なくとも部分的にアルミニウムから成る。
本発明の一実施形態では、ブッシングが少なくとも部分的に炭化タングステンから成る。
【００３８】
本発明の一実施形態では、ブッシングの壁厚が２ｍｍ〜１０ｍｍ、好ましくは４ｍｍ〜８ｍｍである。
本発明の一実施形態では、ブッシングの長が１５ｍｍ〜１５０ｍｍ、好ましくは２０ｍｍ〜５０ｍｍである。
本発明の一実施形態では、ブッシングの総断面積が４０ｃｍ２超、好ましくは７０ｃｍ２超である。
【００３９】
本発明の一側面によると、本発明は、上述した１または複数のレセプタアセンブリを備える風力タービンブレード用の避雷防護システムに関する。
本発明の一側面によると、本発明は、上述した避雷防護システムを備える風力タービンに関する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
以下、本発明のいくつかの実施形態を、図面を参照してより詳細に説明する。
【図１】図１は、当業界において既知な、先端レセプタとサイドレセプタとを含む避雷防護システムを備えた風力タービンブレードを概略的に示す。
【図２ａ】図２ａは、風力タービンブレードの表面内に搭載される本発明の一実施形態に係るレセプタアセンブリの透視図である。
【図２ｂ】図２ｂは、図２ａに示すレセプタアセンブリの断面図である。
【図３ａ】図３ａは、本発明の一実施形態に係るレセプタアセンブリの断面図である。
【図３ｂ】図３ｂは、本発明の別の実施形態に係るレセプタアセンブリの断面図である。
【図４】図４は、風力タービンブレードの表面内に搭載される本発明の第３の実施形態に係るレセプタアセンブリの分解図である。
【図５】図５は、本発明の第４の実施形態に係るレセプタアセンブリの断面図である。
【図６】図６は、図５に示すレセプタアセンブリの分解図である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態に係るレセプタアセンブリの断面図である。
【図８】図８は、図７に示すレセプタアセンブリの分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図１は、当業界において既知な、サイドレセプタ１を含む避雷防護システムを備えた風力タービンブレード２を概略的に示す。サイドレセプタ１は風力タービンブレード２の表面内に搭載され、好ましくは該表面と位置合わせされ、サイドレセプタベース３と機械的および電気的に接続され、サイドレセプタベース３は風力タービンブレード２内に配置され、絶縁体８によって被覆される。サイドレセプタ１は通常ボルトとして形成され、サイドレセプタベース３への接続は単にねじ式接続から成る。
【００４２】
風力タービンブレード２の長軸に沿って延在する避雷導線４によって、風力タービンブレード２のサイドレセプタベース３（ひいてはサイドレセプタ１）および先端レセプタ５は、風力タービンナセルおよびタワー（図示せず）を通じて地面に確実に電気的に接続される。
【００４３】
図２ａおよび図２ｂはそれぞれ、本発明の一実施形態に係る、風力タービンブレード２の表面内に搭載されるサイドレセプタ１の形状のレセプタアセンブリの透視図および断面図である。
【００４４】
レセプタシリンダ６はサイドレセプタ１の導電部を構成する。上側円形端部は、サイドレセプタ１が搭載されるとき、風力タービンブレード２の表面と略位置合わせされるサイドレセプタ１の外側部を形成する。この部分が落雷によって衝撃を受ける部分である。レセプタシリンダ６の反対端は接触面１０を形成して、接触面を通って雷電流はサイドレセプタ１から、サイドレセプタ１に接続するサイドレセプタベース３へと流れる。レセプタシリンダ６は装着ボルト９によってサイドレセプタベース３に機械的に接続され、ボルトのヘッドはレセプタシリンダ６内に隠れ、ボルトのねじ部はレセプタシリンダ６の接触面１０の中央穴を通って突出する。
【００４５】
これらの図面に示す実施形態では、接触面１０は平面であり、レセプタシリンダ６の長軸に垂直である。他の実施形態では、たとえば図３ｂに示すように、接触面１０またはその少なくとも一部は傾斜させることができる。
【００４６】
図２ｂは、絶縁体８がサイドレセプタベース３とそこに接続されるサイドレセプタ１とを被覆する様子を示す。これは、サイドレセプタベース３と風力タービンブレード２内の避雷導線への経路上、サイドレセプタ１に隣接する風力タービンブレード２の外殻を迂回せずに貫通することによって、落雷がサイドレセプタ１を実際に通過するように確保するうえで重要である。
【００４７】
ワッシャは装着ボルト９を固定するため、装着ボルト９のヘッドとレセプタシリンダ６の内面との間に配置することができる。
【００４８】
例示の実施形態では、サイドレセプタ２は、落雷がサイドレセプタ１に衝撃を与えた後、風力タービンブレード２の表面を過剰な熱エネルギーのダメージから守るために、レセプタシリンダ６の周囲に配置される断熱材料製の円形シート状の任意のブレード表面保護材１２を備える。好都合なことに、このブレード表面保護材１２は、サイドレセプタ１の搭載中、風力タービンブレード２の表面に接着される。
【００４９】
封止材１３は、サイドレセプタ１と風力タービンブレード２の周面との密な接続を確保する。
【００５０】
レセプタシリンダ６の開放端は、固体導電または絶縁材料製である、あるいは耐熱ペーストから成るレセプタプラグ７によって閉鎖される。このレセプタプラグ７は、装着ボルト９のヘッドを覆い、ヘッドを落雷の衝撃から守る。ねじ込みキャップ１４は、レセプタプラグ７が上記ペーストから成る場合、装着ボルト９のスロットをたとえばペーストの侵入から守る。
【００５１】
さらに、サイドレセプタ１の本実施形態は、装着ボルト９とレセプタシリンダ６との間の電気的絶縁を確保するため、装着ボルト９のヘッドの周囲に配置されるボルト絶縁体１５を備えることで、雷電流は、サイドレセプタ１からサイドレセプタベース３への経路で、装着ボルト９のねじではなく接触面１０を通過させられる。
【００５２】
図３ａは前の２つの図面のサイドレセプタ１の拡大断面図であり、図３ｂは本発明の別の実施形態に係るサイドレセプタ１の形状のレセプタアセンブリの断面図である。
【００５３】
図３ａに示す実施形態と図３ｂに示す実施形態の１つの差は、レセプタシリンダ６の上側円形端部から外方に延在するレセプタラフ１１がレセプタシリンダ６に設けられていることである。上記レセプタラフ１１は、サイドレセプタ１と風力タービンブレード２の周面との間の密な耐候性接続を確保するのに役立ち、弧状の付け根の腐食、ひいてはサイドレセプタ１の自然な摩耗に備えて追加の材料を提供する。
【００５４】
さらに、レセプタシリンダ６の縁部は、接触面１０の少なくとも一部が傾くように傾斜している。これにより、接触面１０の面積が増大し、サイドレセプタベース３との電気的接続が向上する。さらに、サイドレセプタ１とサイドレセプタベース３との接続の機械的安定性も確実に向上する。
【００５５】
図４は、図２ａおよび図２ｂに示すような風力タービンブレード２内に搭載されたサイドレセプタ１の分解図である（ただし、サイドレセプタベースの絶縁体８は図示していない）。ここでも、レセプタプラグ７は固体材料製であっても、耐熱ペーストから成ってもよい。
【００５６】
図５および図６は、いくつかの側面で上述の実施形態と異なる本発明のさらに別の実施形態に係る、サイドレセプタ１の形状のレセプタアセンブリの断面図および分解図である。
【００５７】
第１に、レセプタシリンダ６が、サイドレセプタ１と風力タービンブレード２の表面の周囲部品との密な接続を確保するためにゴムガスケット１７で包囲される。この密な接続はレセプタシリンダ６の湾曲面とゴムガスケット１７の内面をわずかに円錐状にすることによって達成され、これにより、風力タービンブレード２へのサイドレセプタ１の搭載中、レセプタシリンダ６がゴムガスケット１７に押圧されるとき、レセプタシリンダ６がしっかりとゴムガスケット１７に嵌合する。
【００５８】
第２に、このレセプタアセンブリの実施形態は、装着ボルト９のヘッドとレセプタシリンダ６の部分閉鎖端の内面との間に配置される、たとえばグラスファイバ強化ポリマー（ＧＦＲＰ）製の電気絶縁シム２３を備える。装着ボルト９のヘッドとレセプタシリンダ６との電気的絶縁を提供する以外にも、このシム２３は、装着ボルト９の位置を制御する目的にも供する。シム２３は、装着ボルト９のねじ部がレセプタシリンダ６の穴の中心に位置するように確保することで、装着ボルト９とレセプタシリンダ６との電気的接触を防止し、レセプタシリンダ６内での装着ボルト９のヘッドの高さを調節する。
【００５９】
第３に、装着ボルト９ヘッド周囲のボルト絶縁体１５とねじ込みキャップ１４は、レセプタプラグ７内に物理的に一体化される。図示する実施形態では、このレセプタプラグ７はゴムなどの弾性材料で作製され、レセプタシリンダ６の内面の対応溝に嵌合する周舌部が設けられる。つまり、レセプタプラグ７がレセプタシリンダ６に押し込まれる場合、溝内の舌部によって適切な位置に保持される。
【００６０】
図７および図８はそれぞれ、本発明の一実施形態に係る先端レセプタアセンブリの形状のレセプタアセンブリの断面図および分解図である。
【００６１】
本発明の本実施形態では、先端レセプタ５は、２つのねじ込みロッド２０によって先端レセプタベース１６に装着される。これらのねじ込みロッド２０は先端レセプタベース１６内のねじ穴１８にねじ込まれ、導電性ブッシング１９が各ねじ込みロッド２０の周囲に配置される。ねじ込みロッド２０の自由端は、先端レセプタベース１６に対面する先端レセプタ５の表面の穴に挿入される。そして、ナット２１が装着されて、先端レセプタ５の側の開口２２を通って、先端レセプタ５内のねじ込みロッド２０の端部の周囲で締め付けられる。
【００６２】
つまり、先端レセプタ５が導電性ブッシング１９の一端と機械的および電気的に接続しており、先端レセプタベース１６が導電性ブッシング１９の他端と機械的および電気的に接続している。図面は、先端レセプタベース１６が電気的絶縁材料層２４によって被覆され、該層を貫通する２つの開口が、ねじ込みロッド２０および周囲のブッシング１９と先端レセプタベース１６との電気的および機械的接触のためのアクセスを提供している様子を示す。
【００６３】
雷電流が導体表面の中央部分を通るのではなく、導体表面に沿って流れるという事実は、雷電流の大半は導電性ブッシング１９を通過し、ごく少量の電流のみがねじ込みロッド２０を通過することを意味し、レセプタアセンブリが雷の衝撃を受けるときもネジ込みロッドはダメージを負わない。よって、ねじ込みロッド２０およびナット２１は無傷のままであり、仮に先端レセプタアセンブリまたはその部品の交換が必要な場合でも正常に使用することができる。
【００６４】
ナット２１を挿入する開口２２は、たとえばシリコーンなどの耐熱ペーストから成る、あるいは、金属、プラスチック材料、ゴム、またはグラスファイバなどの固体材料製であるレセプタプラグ（図示せず）によって閉鎖することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１：サイドレセプタ
２：風力タービンブレード
３：サイドレセプタベース
４：避雷導線
５：先端レセプタ
６：レセプタシリンダ
７：レセプタプラグ
８：サイドレセプタベースの絶縁体
９：装着ボルト
１０：接触面
１１：レセプタラフ
１２：ブレード表面保護材
１３：封止材
１４：ねじ込みキャップ
１５：ボルト絶縁体
１６：先端レセプタベース
１７：ゴムガスケット
１８：ねじ穴
１９：導電性ブッシング
２０：ねじ込みロッド
２１：ナット
２２：先端レセプタの開口
２３：絶縁シム
２４：先端レセプタベースの絶縁体
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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