專利名稱：燃氣渦輪的熱電生成的制作方法
燃氣渦輪的熱電生成本發(fā)明涉及為飛機燃氣渦輪或類似物產(chǎn)生電力的裝置。飛機內(nèi)部設(shè)備消耗的電量不可忽視。該電力通常由交流發(fā)電機產(chǎn)生，該交流發(fā)電機從燃氣渦輪獲得機械能。因此，能夠在產(chǎn)生電力的同時不增加飛機的燃料消耗的裝置是有益的。此外，眾所周知，溫差電池能夠在對其施加的溫差作用下產(chǎn)生電力。附

圖1示出了這樣的溫差電池10。其基本上由半導(dǎo)體結(jié)組成，該半導(dǎo)體接由分別摻雜為N型和P型的兩個元件12和14構(gòu)成。上述兩個元件通過電導(dǎo)體16連接在一起，并分別具有形成端子18和19的電連接。通常，上述組件構(gòu)成一個單元溫差電池，安裝在諸如支撐件20和22這樣的兩個電絕緣支撐件之間，該支撐件幫助將電池固定到另外的部件上。 當然，多個單獨的電池可以互相聯(lián)合在一起。此外，眾所周知的是上述電池的效率或產(chǎn)量與電池的兩個表面之間存在的溫差直接成正比，例如，所述表面可以由絕緣支撐件20和22構(gòu)成。PCT專利申請WO 2005/017331描述了一種用于燃氣渦輪發(fā)動機的熱電發(fā)電機，該燃氣渦輪發(fā)動機具體用于推進飛機。上述專利申請?zhí)岢隽嗽跓釁^(qū)周圍安裝環(huán)狀的溫差電池組，但是并沒有詳細說明上述溫差電池組的安裝條件。不幸的是，就像上面所提到的那樣，這種發(fā)電設(shè)備的效率直接依賴于熱源和冷源之間的溫差，溫差電池就安裝在所述熱源和冷源之間。本發(fā)明的一個目的是提供一種為飛機燃氣渦輪或類似物產(chǎn)生電力的裝置，該裝置顯著改善溫差電池的效率，而不明顯增加飛機的燃料消耗。為實現(xiàn)該目的，上述為飛機燃氣渦輪或類似物產(chǎn)生電力的裝置包括多個溫差電池，這些溫差電池的一個表面環(huán)繞熱源，并且特征在于冷源由在所述溫差電池的另一個表面上流動的冷流體組成。可以理解的是，在本實施方式中，施加到溫差電池的冷源由冷流體流組成，由此改善了溫差電池的能量效率。在優(yōu)選的第一實施方式中，電力產(chǎn)生系統(tǒng)的特征在于所述冷流體選自下列組中 用于渦輪的燃料；冷卻油或潤滑油；來自渦輪的壓縮機的空氣；冷卻發(fā)動機室的空氣；以及渦輪外部的空氣?？梢岳斫獾氖?，使用以上列舉的流體，特別是使用冷卻油或燃料能帶來較高的冷卻能力，而基本上不會引起額外的燃料消耗，因為冷卻油或燃料是循環(huán)的。在第一實施方式中，熱源由渦輪的噴嘴的壁組成，該壁由廢氣對流加熱。在另一個實施方式中，所述系統(tǒng)的特征在于所述冷源由至少一個環(huán)形區(qū)域組成， 冷流被引入該環(huán)形區(qū)域。所述環(huán)形區(qū)域的內(nèi)壁與溫差電池的支撐件接觸。所述環(huán)形區(qū)域的外壁為外殼，由冷流體對流冷卻。優(yōu)選地，所述裝置的特征還在于環(huán)形區(qū)域同中心地交替設(shè)置，冷源和廢氣交替流動。溫差電池設(shè)置在各個環(huán)形區(qū)域之間。
可以理解的是，通過這些環(huán)形區(qū)域以及將溫差電池設(shè)置在環(huán)形區(qū)域之間，提供了逆流熱交換，由此極大地改善了電力產(chǎn)生裝置的整體效率。更準確地說，熱源由至少一個其中有(構(gòu)成熱流體的)廢氣的一部分朝向外半徑螺旋流動的環(huán)形區(qū)域，以及至少一個其中有冷流體朝向內(nèi)半徑螺旋流動的環(huán)形區(qū)域組成。 至少一個由溫差電池組成的環(huán)形組件同中心地安裝，使得組件的一個表面與冷流體接觸， 另一個表面與熱流體接觸，由此構(gòu)成圓柱形逆流熱交換器。本發(fā)明還提供本發(fā)明的電力產(chǎn)生裝置的用途，其用于電力驅(qū)動燃氣渦輪的附件， 諸如全權(quán)限數(shù)字電子控制器(FADEC)或由電機驅(qū)動的泵。最后，本發(fā)明提供一種直升機渦輪發(fā)動機，其包括本發(fā)明的電力產(chǎn)生裝置。該裝置的溫差電池優(yōu)選地安裝在渦輪發(fā)動機的廢氣噴嘴上。通過閱讀下面對作為非限制性例子提供的若干實施方式進行的描述，可以更好地理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點。以下附圖在描述中被引用圖1示出了適用于本發(fā)明的溫差電池的一種可能的實施方式；圖2為適于安裝電力產(chǎn)生裝置的飛機燃氣渦輪的縱截面的半視圖；圖3示出了電力產(chǎn)生裝置的第一實施方式；圖4示出了電力產(chǎn)生裝置的第一變異實施方式；圖5A為飛機燃氣渦輪的噴嘴的透視圖，該噴嘴安裝有熱交換器，以改善電力產(chǎn)生裝置的整體效率；圖5B為沿圖5A中的箭頭VB觀察的安裝有熱交換器的噴嘴的端視圖；圖6為一圖表，示出了燃料是如何組成冷源的。圖2以簡化的方式示出了適于安裝本發(fā)明的電力產(chǎn)生裝置的飛機燃氣渦輪的例子。在該圖中，可以看到燃氣渦輪24，及其壓縮機殼體26，高壓渦輪殼體28，自由渦輪殼體 30，以及出口噴嘴32。還可以看到燃氣渦輪的自由渦輪的軸34。在下述的電力產(chǎn)生裝置的實施方式中，該裝置同燃氣渦輪的出口噴嘴32安裝在一起，或同其聯(lián)合在一起?？蛇x地，裝置還可以安裝在渦輪的其他的熱部件上。在圖3所示的第一實施方式中，電力產(chǎn)生裝置40直接安裝在噴嘴32的外壁42上。 優(yōu)選地，電力產(chǎn)生裝置40由多組溫差電池組成，所述溫差電池彼此相連，形成環(huán)形組件44， 這些環(huán)形組件沿噴嘴32的壁42的長度均勻分布。每個環(huán)形的環(huán)由一系列圖1所示類型的溫差電池組成，這些溫差電池之間電連通，其中機械支撐件22和20是彈性的，由此能夠在由噴嘴32的壁42形成的旋轉(zhuǎn)表面上配合在一起。因此，熱電轉(zhuǎn)換元件44的第一表面與噴嘴32的壁42的外表面通過熱橋接觸，而熱電轉(zhuǎn)換元件44的第二表面同用作冷源SF的外部空氣接觸，優(yōu)選地，由外壁48 (可能安裝有干擾器)形成熱橋。如上所述，熱源SC由噴嘴 32中流動的廢氣G組成，并通過對流加熱噴嘴32的內(nèi)壁42。在圖4中示出了電力產(chǎn)生裝置的變異實施方式，其中熱源SC依然由噴嘴32的壁 42組成，但是冷源SF由在環(huán)形空間46中流動的冷流體F組成，該環(huán)形空間46由與熱電轉(zhuǎn)換元件44的第二表面接觸的內(nèi)壁48，以及外壁50限定。這樣獲得了更好的冷流體流，以及與溫差電池之間更好的熱交換，因為環(huán)形空間46可以配置有擋板。該實施方式還能夠使用除空氣之外的其他冷流體，如冷卻油或燃料。雖然如此，也可以使用外部空氣或來自燃氣渦
4輪各部分的冷空氣。圖5A和5B示出了電力產(chǎn)生裝置的第三實施方式。在上述圖中，可以看出噴嘴32的壁42用作內(nèi)壁，壁51為噴嘴32的外壁。冷流體 F (冷空氣，冷卻油，或燃料)通過入口導(dǎo)管52進入，然后在同中心的環(huán)形區(qū)域46中(沿著由對流限定為正方向的方向)流動，同時朝著噴嘴的中心做螺旋運動。安裝有密封的徑向分隔件59，其引導(dǎo)冷流體F以使冷流體F跟著做螺旋運動，該螺旋運動與連通環(huán)形區(qū)域46 的導(dǎo)管53有關(guān)。在最后一個環(huán)形區(qū)域46i (最小半徑)中，冷流體F通過導(dǎo)管54排到外面。熱流體G (噴嘴排出的廢氣)通過入口管導(dǎo)管55取自噴嘴排出的廢氣，然后在環(huán)形區(qū)域58中(沿著由對流限定為負方向的方向)流動，從廢氣區(qū)域32開始朝著噴嘴的外部做螺旋運動。安裝有密封的分隔件59'，其引導(dǎo)熱流體G以使熱流體G做螺旋運動，該螺旋運動與連通環(huán)形區(qū)域58的導(dǎo)管56有關(guān)。在最后一個環(huán)形區(qū)域SS1 (最大半徑)中，熱流體G通過導(dǎo)管57返回到噴嘴的主廢氣流中。多個由溫差電池44形成的環(huán)形組件以同中心的方式安裝，使得每個組件的一個表面與冷流體F接觸，另一個表面與熱流體G接觸。這樣就提供了圓柱形逆流熱交換器。圖6涉及一種冷流體由燃料組成的特殊情況，描述了一種將冷流體提供給構(gòu)成電力產(chǎn)生裝置的冷源的環(huán)形區(qū)域46 (該環(huán)形區(qū)域46可以由多個圖5B中所描述的設(shè)備的同心環(huán)組成)的可能的方式。如圖6所示，燃料箱60包括連接至高壓泵64的低壓泵62，高壓泵64在壓力下將燃料輸送到調(diào)節(jié)器66，調(diào)節(jié)器66自身連接到燃燒室的噴油器68。燃料以較低的速率從低壓泵62的出口取出，提供給組成冷源的環(huán)形區(qū)域46。流過環(huán)形區(qū)域46之后，燃料通過導(dǎo)管70再次注入低壓泵62的入口。
權(quán)利要求
1.用于在飛機的燃氣渦輪或類似物中產(chǎn)生電力的裝置，該裝置包括多個溫差電池 (44)，所述溫差電池的一個表面環(huán)繞熱源(SC)，冷源(SF)由在所述溫差電池的另一個表面上流動的冷流體(F)組成，在所述裝置中，所述冷源(SF)由至少一個將所述冷流體導(dǎo)入到其中的環(huán)形區(qū)域(46)組成，所述環(huán)形區(qū)域(46)的一個壁(48)和所述溫差電池的另一個表面形成熱橋，所述環(huán)形區(qū)域(46)的另一個壁為所述裝置的外層，所述裝置的特征在于，所述熱源由至少一個(組成所述熱源的)廢氣的一部分在其中朝著外半徑方法以螺旋運動流動的環(huán)形區(qū)域(58)組成，所述冷源由至少一個冷流體(F)朝著內(nèi)半徑方法以螺旋運動流動的環(huán)形區(qū)域(46)組成，以及至少一個由溫差電池(44)組成的環(huán)形組件同中心地安裝，使得所述組件的一個表面與所述冷流體(F)接觸，另一個表面與熱流體接觸，由此提供圓柱形逆流熱交換器。
2.如權(quán)利要求1所述電力產(chǎn)生裝置，特征在于所述冷流體(F)選自下列組中用于所述渦輪的燃料；冷卻油或潤滑油；取自所述渦輪的壓縮機的空氣；用于冷卻發(fā)動機室的空氣；以及所述渦輪外部的空氣。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，特征在于所述熱源(SC)由所述渦輪的噴嘴(32)的壁(42)組成，該壁由廢氣對流加熱。
4.如權(quán)利要求1-3中任一一項所述的裝置，特征在于其包括多個流動有廢氣的一部分的連通的環(huán)形區(qū)域(58)，多個流動有所述冷流體的連通的環(huán)形區(qū)域(46)，以及多個由溫差電池組成(44)的環(huán)形組件，每個所述環(huán)形組件位于用于廢氣通過的環(huán)形區(qū)域(58)和用于冷流體(F)通過的環(huán)形區(qū)域(46)之間。
5.如權(quán)利要求1至4任一一項所述的電力產(chǎn)生裝置在電力驅(qū)動所述燃氣渦輪的附件中的用途。
6.直升機渦輪發(fā)動機，其包括如權(quán)利要求1至4任一一項所述的電力產(chǎn)生裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于在飛機的燃氣渦輪或類似物中產(chǎn)生電力的裝置，該裝置包括多個溫差電池(44)，所述溫差電池的一個表面環(huán)繞熱源(SC)。本發(fā)明特征在于冷源(SF)由在所述溫差電池的另一個表面上流動的冷流體(F)組成。
文檔編號F02K1/82GK102308401SQ201080006889
公開日2012年1月4日 申請日期2010年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月6日
發(fā)明者克里斯托夫·布瑞禮 申請人:渦輪梅坎公司