DE102016107303A1 - Energiewandlungssystem einer Turbomaschine, Getriebe oder Lagergehäuse einer Turbomaschine und Turbomaschine - Google Patents

Energiewandlungssystem einer Turbomaschine, Getriebe oder Lagergehäuse einer Turbomaschine und Turbomaschine Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Energiewandlungssystem für eine Turbomaschine, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Getriebe (10, 20a, 20b, 20c) und / oder mindestens ein Lagergehäuse (40) zur Umwandlung thermischer Energie in elektrische Energie (I) thermisch mit mindestens einem thermoelektrischen Element (1) gekoppelt ist. Ferner betrifft sie ein Getriebe, Lagergehäuse und eine Turbomaschine.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Energiewandlungssystem einer Turbomaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Getriebe oder ein Lagergehäuse einer Turbomaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 10 und eine Turbomaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 11.
  • In modernen Turbomaschinen, insbesondere Flugzeugtriebwerken, werden elektrische Aggregate, wie z.B. eine elektronische Triebwerksregelung (EEC, electronic engine control), verwendet, die mit Strom versorgt werden müssen. Grundsätzlich ist es aus der WO 01/61768 A1 bekannt, thermoelektrische Elemente in Flugzeugen zu verwenden.
  • Es besteht insbesondere die Aufgabe, die elektrische Versorgung von Turbomaschinen effizienter zu machen.
  • Die Aufgabe wird durch ein Energiewandlungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Dabei ist mindestens ein Getriebe und / oder mindestens ein Lagergehäuse zur Umwandlung thermischer Energie in elektrische Energie thermisch mit mindestens einem thermoelektrischen Element gekoppelt. Sowohl in Getrieben als auch in Lagergehäusen fällt thermische Energie in erheblichem Umfang an, die in nutzbare elektrische Energie umwandelbar ist.
  • Dabei ist in einer Ausführungsform das mindestens eine thermoelektrische Element über ein Gehäuse des mindestens einen Getriebes thermisch angekoppelt.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist die vom mindestens einen thermoelektrischen Element generierte elektrische Energie für den Betrieb mindestens eines anderen Aggregates der Turbomaschine, insbesondere für eine Ölpumpe des Hochleistungsgetriebes und / oder eine Steuereinrichtung der Turbomaschine nutzbar. Da die elektrische Energieproduktion vom Betriebszustand der Turbomaschine abhängig ist, dient in einer Ausführungsform eine Stromsteuerungsvorrichtung dazu, die vom mindestens einen thermoelektrischen Element generierte elektrische Energie in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Turbomaschine zu steuern, insbesondere die anderen Aggregate ganz oder teilweise mit Strom zu versorgen.
  • In einer Ausführungsform mit einem Getriebe oder eines Lagergehäuses dient mindestens eine Prallfläche für Öltropfen zur thermischen Ankopplung mit dem mindestens einen thermoelektrischen Element. Sowohl in Getriebegehäusen als auch in Lagergehäusen wird thermische Energie durch Öltropfen übertragen.
  • Ferner ist in einer Ausführungsform das mindestens eine Getriebe als Hochleistungsgetriebe zur mechanischen Kopplung mindestens einer Niederdruckkompressorstufe mit mindestens einer Turbinenstufe oder als weiteres Getriebe ausgebildet.
  • Dabei ist das mindestens eine thermoelektrische Element in einem Flugzeugtriebwerk angeordnet, wobei das mindestens eine thermoelektrische Element in axialer Richtung teilweise oder vollständig zwischen der Spitze des Einlaufkonus und dem Hochleistungsgetriebe angeordnet ist.
  • Ferner kann das mindestens eine thermoelektrische Element mindestens teilweise am Gehäuse des mindestens einen Getriebes oder des mindestens einen Lagergehäuses, insbesondere vollständig um den Umfang des Gehäuses des Hochleistungsgetriebes herum und / oder am Kerntriebwerk angeordnet sein.
  • Des Weiteren kann eine Ausführungsform der Energiewandlungsvorrichtung ein Mittel zur Führung von Kühlluft zur kalten Seite mindestens eines thermoelektrischen Elementes aufweisen.
  • Die Aufgabe wird auch durch ein Getriebe oder Lagergehäuse mit den Merkmalen des Anspruchs 10 und eine Turbomaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
  • In Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung erläutert. Dabei zeigt
  • 1 eine schematische Darstellung eines Flugzeugtriebwerkes als Ausführungsform einer Turbomaschine;
  • 2 eine erste Ausführungsform eines Energiewandungssystem in einem Flugzeugtriebwerk;
  • 3 eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß 2;
  • 4 eine weitere Ausführungsform eines Energiewandlungssystems in Abwandlung der Ausführungsform gemäß der 3;
  • 5 eine weitere Ausführungsform eines Energiewandlungssystems in Abwandlung der Ausführungsform gemäß der 4;
  • 6 eine schematische Ansicht eines Flugzeugtriebwerkes mit weiteren Getrieben und damit thermisch gekoppelten thermoelektrischen Elementen;
  • 7 eine Detailansicht eines weiteren Getriebes mit einem thermisch gekoppelten thermoelektrischen Element;
  • 8 eine schematische Ansicht eines Flugzeugtriebwerkes mit einem Lagergehäuse und einem damit thermisch gekoppelten thermoelektrischen Element als weitere Ausführungsform eines Energiewandlungssystems.
  • In der 1 ist ein Flugzeugtriebwerk 100 in der Ausführungsform eines Fangetriebes mit einem Hochleistungsgetriebe 10 schematisch dargestellt. Das Flugzeugtriebwerk 10 rotiert um die Rotationsachse 110.
  • Das Flugzeugtriebwerk 100 weist in Richtung der im Wesentlichen axialen Durchdurchströmungsrichtung einen Lufteinlauf 120, eine Fanstufe 130. die hier als Teil eines Niederdruckverdichters 150 angenommen wird, einen Hochdruckverdichter 160, eine Brennkammer 170, eine Hochdruckturbine 180, eine Niederdruckturbine 190 und eine Auslassdüse 200 auf. Eine Gondel 210 (auch als Nacelle bezeichnet) umgibt das Flugzeugtriebwerk 100 und definiert den Lufteinlauf 120.
  • Das Flugzeugtriebwerk 100 arbeitet in an sich bekannter Weise, so dass die in den Lufteinlauf 120 eintretende Luft durch die Fanstufe 130 beschleunigt wird, wobei hinter der Fanstufe 130 zwei Luftströme vorliegen: Ein erster Luftstrom wird in den Niederdruckverdichter 150 innerhalb des Kerntriebwerks 230 geführt, ein zweiter Luftstrom wird durch einen Nebenstromkanal 220 geführt, um den Hauptanteil des Schubs zu generieren. Die Luft, die nicht durch den Nebenstromkanal 220 strömt, fließt durch ein Kerntriebwerk 230.
  • Der Niederdruck-und Hochdruckverdichter 150, 160 im Kerntriebwerk 230 verdichten den Luftstrom und führen ihn zur Verbrennung in die Brennkammer 170. Die aus der Brennkammer 170 austretenden heißen Verbrennungsgase werden in der Hochdruck- und Niederdruckturbine 180, 190 entspannt, bevor sie durch die Luftauslassdüse 200 austreten, um zusätzlichen Schub zu erzeugen.
  • Die Hochdruckturbine 180 und die Niederdruckturbine 190 treiben jeweils den Hochdruckkompressor 160 bzw. den Niederdruckkompressor 150 und die Fanstufe 130 über eine geeignete Wellenanordnung an. Hochdruckturbine 180, die Niederdruckturbine 190, der Hochdruckkompressor 160 und / oder der Niederdruckkompressor können jeweils aus mehreren Stufen bestehen.
  • Das Hochleistungsgetriebe 10 kann ein epizyklisches Getriebe mit einer Planeten- oder Sternanordnung aufweisen. In anderen Flugzeuggetrieben 100 können alternative Getriebekonfigurationen verwendet werden, so dass die Ausführungsform in 1 nur eine mögliche Ausführungsform darstellt. Auch kann das Flugzeugtriebwerk 100 eine unterschiedliche Anzahl von Wellen und / oder eine unterschiedliche Anzahl von Verdichtern und / oder Turbinen aufweisen.
  • In 1 ist ein Gehäuse 11 des Hochleistungsgetriebes nur schematisch dargestellt. Im Folgenden werden Ausschnitte des Gehäuses 11 unterschiedlicher Ausführungsformen detaillierter dargestellt.
  • In den Ausführungsformen gemäß der 2 bis 7 werden zwei Arten von Getrieben 10, 20 im Zusammenhang mit einem Energiewandlungssystem mit thermoelektrischen Elementen 1 verwendet, wobei zunächst Ausführungsformen (1 bis 5) in Zusammenhang mit einem Hochleistungsgetriebe 10 dargestellt werden.
  • Wie oben erwähnt, koppelt das Hochleistungsgetriebe 10 z.B. die Niederdruckturbinenstufe 190 mechanisch mit einer Verdichterstufe (z.B., der Fanstufe 130) des Flugzeugtriebwerkes 100.
  • In einer Getriebefan-Ausführungsform (Geared Turbofan) weist ein Flugzeugtriebwerk 100 ein Untersetzungsgetriebe (etwa 3:1 bis 4:1) als Hochleistungsgetriebe 10 zwischen Fanstufe 130 und Niederdruckturbine 190 auf. Damit kann die Drehzahl der Fanstufe 130 gesenkt und die der Niederdruckturbinen 190 erhöht werden, so dass beide Komponenten des Flugzeugtriebwerks 100 in ihrem jeweiligen optimalen Drehzahlbereichen arbeiten können. Verbrauchswerte und Geräuschpegel werden dadurch deutlich reduziert.
  • In den Ausführungsformen gemäß 6 und 7, die mit den anderen Ausführungsformen kombinierbar sind, wird ein weiteres Getriebe 20a, 20b, 20c thermisch mit einem thermoelektrischen Element 1 gekoppelt.
  • Unter einem weiteren Getriebe 20a, 20b, 20c werden hier z.B. ein externes Getriebe 20a verstanden, das vom Flugzeugtriebwerk 100 her – z.B. von der äußeren Verdichterwelle (Hochdruckverdichter) aus – angetrieben wird, und sich u.U. außerhalb des Kerntriebwerks 230 befindet. Das externe Getriebe 20a gehört zum so genannten Hilfsgeräteträger (Auxiliary Section) des Flugzeugtriebwerks 100.
  • Hier befinden sich und werden über das Hauptgetriebe 20 angetrieben: z.B. Brennstoffpumpen (Hoch- und Niederdruck), Ölpumpen, Zentrifugalölabscheider, Hydraulikpumpen, Generatoren zur Stromerzeugung von Flugzeug und Triebwerk, Starter, Brennstoffregelung und / oder Drehzahlgeber.
  • In jedem Fall generieren die Getriebe 10, 20 erhebliche Mengen an thermischer Abwärme, die abgeführt werden müssen. In den hier dargestellten Ausführungsformen wird die thermische Energie durch thermoelektrische Elemente 1 genutzt. Ein thermoelektrisches Element 1 erzeugt bei Stromdurchfluss eine Temperaturdifferenz (Peltier-Effekt) oder bei Temperaturdifferenz einen Stromfluss (Seebeck-Effekt).
  • Im vorliegenden Fall geht es um die Erzeugung eines Stromflusses aus einer Temperaturdifferenz an einem Getriebe 10, 20, was auch als energy harvesting bezeichnet wird.
  • Grundlage für die thermoelektrischen Effekte ist in der Regel der Kontakt von zwei Halbleitern im thermoelektrischen Element 1, die ein unterschiedliches Energieniveau (entweder p- oder n-leitend) der Leitungsbänder besitzen. Wird Strom durch zwei hintereinanderliegende Kontaktstellen dieser Materialien geleitet, so muss auf der einen Kontaktstelle Wärmeenergie aufgenommen werden, damit das Elektron in das energetisch höhere Leitungsband des benachbarten Halbleitermaterials gelangt, folglich kommt es zur Abkühlung. Auf der anderen Kontaktstelle fällt das Elektron von einem höheren auf ein tieferes Energieniveau, so dass hier Energie in Form von Wärme abgegeben wird.
  • Da n-dotierte Halbleiter ein niedrigeres Energieniveau des Leitungsbandes aufweisen, erfolgt die Kühlung dabei an der Stelle, an der Elektronen vom n-dotierten in den p-dotierten Halbleiter übergehen (technischer Stromfluss also vom p-dotierten zum n-dotierten Halbleiter).
  • In 2 ist eine erste Ausführungsform eines Energiewandlungssystems dargestellt, bei dem ein thermoelektrisches Element 1 an der Außenseite des Gehäuses 11 des Hochleistungsgetriebes 10 angeordnet ist. Das thermoelektrische Element 1 ist hier in an sich bekannter Art und Weise als flaches Bauteil ausgebildet, in dem die halbleitenden Bauelemente angeordnet sind. Aus Gründen der Einfachheit wird das thermoelektrische Element 1 in der Folge meist nicht weiter im Detail dargestellt.
  • Das Hochleistungsgetriebe 10 ist axial hinter der Fanstufe 130 (und auch hinter dem Einlaufkonus 131) und vor dem Niederdruckverdichter 150 angeordnet.
  • Dabei wird ein Ausschnitt des Flugzeugtriebwerks 100 dargestellt, so dass auf die 1 und deren Beschreibung Bezug genommen werden kann.
  • Das Gehäuse 11 umgibt das Hochleistungsgetriebe 10 ringsum und weist einen umlaufenden konischen Abschnitt. Das thermoelektrische Element 1 ist hier in Form eines konisch angeordneten Streifens ebenfalls ringsum um das Gehäuse 11 angeordnet. In anderen Ausführungsformen erstreckt sich das thermoelektrische Element 1 nur über einen Teil des Umfangs des Gehäuses 11.
  • Die heiße Seite H des thermoelektrischen Elementes 1 ist dabei dem Hochleistungsgetriebe 10 zugewandt. Im Inneren des Gehäuses 11 wird im Betrieb Öl O (in 2 durch Pfeile symbolisiert) durch die Bewegung des Hochleistungsgetriebes 10 stark aufgeheizt. Das heiße Öl O überträgt Wärme über eine Prallfläche 13 an der inneren Seite des Gehäuses 11, d.h. auf die heiße Seite H des thermoelektrischen Elementes 1.
  • Die kalte Seite C des thermoelektrischen Elementes 1 ist in Richtung eines Kühlluftstroms A orientiert, der durch ein Mittel zur Führung der Kühlluft 16, hier einen Spalt, gezielt auf die kalte Seite C geleitet wird.
  • Damit wird über das thermoelektrische Element 1 eine Temperaturdifferenz erzeugt, die in einen Stromfluss I, d.h. elektrische Energie, umgewandelt wird. In den Figuren wird der Stromfluss I aus Platzgründen hier nur symbolisch dargestellt.
  • Somit wird ein Energiewandlungssystem realisiert, bei dem aus thermischer Energie bei Vorliegen einer Temperaturdifferenz elektrische Energie gewonnen wird. Die generierte elektrische Energie kann z.B. dazu verwendet werden, ein anderes Aggregat des Flugzeugtriebwerks 100, insbesondere eine Ölpumpe 14 des Hochleistungsgetriebes 10 und / oder eine Steuereinrichtung 15 (z.B. das EEC, FADEC) des Flugzeugtriebwerkes 100, zu betreiben oder zumindest Hilfsenergie dafür zur Verfügung zu stellen.
  • In 1 sind die Steuereinrichtung 15 und eine Ölpumpe 14 schematisch dargestellt. In den anderen Figuren werden diese Aggregate aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Die thermoelektrischen Elemente 1 sind ebenfalls aus Gründen der Übersichtlichkeit über in den Figuren nicht dargestellte Leitungen mit der Stromsteuervorrichtung 30 und / oder den stromabnehmenden Aggregaten, wie der Steuervorrichtung 15 und / oder der Ölpumpe 14 verbunden.
  • Eine Stromsteuervorrichtung 30, die aus Gründen der Übersichtlichkeit ebenfalls nur in 2 dargestellt ist, dient dazu, den anfallenden Strom, gerade auch in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Flugzeugtriebwerkes 100 zu steuern. Der Betriebszustand hat Einfluss auf die Temperaturdifferenzen über die thermoelektrischen Elemente 1, so dass z.B. im Volllastbereich mehr Strom aus den Energiewandlungssystemen zur Verfügung steh als im Niedriglastbereich. Da aber die Aggregate teilweise oder ganz über die Energiewandlungssysteme mit Strom versorgt werden können, ergibt sich eine effizientere Stromversorgung im Flugzeugtriebwerk.
  • Eine beispielhafte Rechnung ergibt, dass bei einem Vorliegen einer Temperaturdifferenz zwischen kalter und heißer Seite C, H des thermoelektrischen Elementes 1 von 160°C eine elektrische Leistung von ca. 1 kW erreicht werden kann. Die Fläche des thermoelektrischen Elementes 1 beträgt ca. 0,2 m2, das Gewicht ca. 3,5 kg.
  • In 3 ist eine weitere Ausführungsform des Energiewandlungssystems dargestellt, die sich von der Ausführungsform gemäß 2 dadurch unterscheidet, dass der Strom der Kühlluft K nicht durch einen Spalt in das Kerntriebwerk 230 hinein geführt wird, sondern die in den Niederdruckverdichter 150 einströmende Luft A zur Kühlung genutzt wird. Die kalte Seite C des thermoelektrischen Elementes 1 ist dabei nach außen gewandt, die heiße Seite H befindet sich am Gehäuse 11 des Hochleistungsgetriebes 10. Ansonsten entspricht diese Ausführungsform der in 2 dargestellten, so dass auf die entsprechende Beschreibung Bezug genommen werden kann.
  • In 4 ist eine weitere Ausführungsform des Energiewandlungssystems dargestellt, wobei hier – wie bei der Ausführungsform gemäß 3 – der am Kerntriebwerk 230 vorbei strömende Luftstrom A zur Kühlung der kalten Seite C des thermoelektrischen Elementes 1 verwendet wird. Das thermoelektrische Element 1 ist aber – anders als bei der Ausführungsform der 3 – nicht am Gehäuse 11 sondern an der Wandung des Kerntriebwerkes 230 angeordnet. Die Wärmeübertragung im Inneren des Gehäuses 11 erfolgt in diesem Fall u.a. auch durch Zapfluft, welche dem vorderen Lager am Gehäuse 11 entweicht.
  • In 5 ist eine weitere Ausführungsform des Energiewandlungssystems dargestellt, bei dem – wie bei der Ausführungsform gemäß der 4 – die kalte Seite C des thermoelektrischen Elementes 1 am Kerntriebwerk 230 angeordnet ist. Die heiße Seite H des thermoelektrischen Elementes 1 ist allerdings – wie bei der Ausführungsform der 2 und 3 – am Gehäuse 11 des Hochleistungsgetriebes 10 angeordnet. Zwischen der kalten Seite C und der heißen Seite H des elektrothermischen Elementes 1 sind halbleitende Elemente 2 angeordnet, die für die Ausnutzung des Seebeck-Effektes ohnehin erforderlich sind.
  • In den 2 bis 8 waren Ausführungsformen unter Verwendung eines Hochleistungsgetriebes (Power Gearbox) als Fangetriebe beschrieben worden.
  • In 6 bis 8 sind Ausführungsformen beschrieben, die alternativ oder zusätzlich zu diesen Fangetriebe-Ausführungsformen betrieben werden können und bei denen mindestens ein thermoelektrisches Element 1 mit einem weiteren Getriebe 20a, 20b, 20c oder einem Lagergehäuse 30 thermisch gekoppelt wird, um dort thermische Energie in elektrische Energie umzuwandeln.
  • In der 6 ist ein an sich bekanntes Flugzeugtriebwerk 100 mit einer Reihe von weiteren Getrieben 20a, 20b, 20c dargestellt, die sich im Betrieb aufwärmen, so das thermoelektrische Elemente 1 die jeweils abgegebene thermische Energie in elektrische Energie umwandeln können.
  • Ein erstes Getriebe ist das externe Getriebe 20a (auch accessory gearbox genannt), das sich in der Regel um einen bestimmten Winkelbereich um das Flugzeugtriebwerk 100 herum erstreckt (siehe auch 7). An der Außenseite des ersten Getriebes 20a ist ein thermoelektrisches Element 1 angeordnet, das – wie in den anderen Ausführungsformen beschrieben – elektrische Energie zum vollständigen oder unterstützenden Betrieb z.B. von Steuereinreichungen 15 oder anderen Aggregaten erzeugt.
  • Ein zweites Getriebe 20b ist ein Umlenkgetriebe, das zusätzlich oder alternativ mit einem thermoelektrischen Element 1 versehen wird.
  • Das dritte Getriebe 20c ist ein internes Getriebe, das ebenfalls zusätzlich oder alternativ mit einem thermoelektrischen Element 1 versehen ist.
  • Eine Überschlagsrechnung zeigt, dass bei einer Temperaturdifferenzen von 80 bis 110 60°C – also deutlich weniger als im Falle des Hochleistungsgetriebe 10 – eine elektrische Leistung von ungefähr 1 kW erzeugt werden kann. Grundsätzlich ist es möglich, zwischen 800 und 1600 W/m2 zu erzeugen.
  • Die Temperaturdifferenz hängt von der Öltemperatur im Getriebe 20a, 20b, 20c ab. Dabei ist die hier angesetzte Temperaturdifferenz von 60°C als untere Grenze angesetzt, die z.B. bei einem Teillastbetrieb anfällt. Bei Volllast kann eine Temperaturdifferenz von z.B. 160°C anfallen.
  • Da die generierte elektrische Energie vom Betriebszustand des Flugzeugtriebwerks 100 anhängt, kann die Stromsteuerungsvorrichtung 30 (siehe 2) steuern, welche Aggregate 14, 15 im Flugzeugtriebwerk 100 bei welchem Betriebszustand wie versorgt werden. Ein Aggregat mit einem relativ hohen Stromverbrauch, wie die Ölpumpe 14 kann z.B. gezielt im Vollastbetrieb durch das thermoelektrische Element 1 versorgt werden. Ein vergleichsweiser Geringverbraucher. wie die Steuervorrichtung 15 (EEC, FADEC) kann hingegen kontinuierlich bei Volllast, Teillast oder Niedriglast mit elektrischer Energie aus einer der Energiewandlungsvorrichtungen versorgt werden.
  • In 7 ist eine Draufsicht auf das erste Getriebe, das externe Getriebe 20a dargestellt. Der Pfeil rechts gibt die Richtung zum Einlassbereich des hier nicht dargestellten Flugzeugtriebwerks 100 an.
  • Das thermoelektrische Element 1 ist hier im Bereich eines Ölreservoirs angeordnet und wird Pfeilrichtung von Kühlluft A überströmt.
  • Thermisch durchaus vergleichbar zu einem Getriebegehäuse 11 sind Lagergehäuse 30, z.B. eines Kugellagers. Auch hier fällte erhebliche thermische Energie an, die mittels mindestens eines thermoelektrischen Elementes 1 in elektrische Energie umgewandelt werden kann.
  • In 8 ist schematisch ein Lagergehäuse 40 des vorderen Wellenlagers (front bearing) des Flugzeugtriebwerks dargestellt. Auch hier kann die Temperaturdifferenz über ein thermoelektrisches Element 1 dazu verwendet werden, um elektrische Energie für den Betrieb anderer Aggregate zu erzeugen. Ähnlich wie beim Hochleistungsgetriebe wird im vorderen Wellenlager Öl erhitzt. Die Wärmeübertragung erfolgt im Inneren des Gehäuses 11 durch Öltröpfchen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    thermoelektrisches Element
    2
    halbleitendes Element
    10
    Hochleistungsgetriebe
    11
    Gehäuse
    13
    Prallfläche
    14
    Ölpumpe
    15
    Steuereinrichtung (EEC, FADEC)
    16
    Mittel zur Führung von Kühlluft
    20a
    externes Getriebe (accesory gear box)
    20b
    Umlenkgetriebe
    20c
    internes Getriebe
    30
    Stromsteuerungsvorrichtung
    40
    Lagergehäuse
    100
    Turbomaschine, Flugzeugtriebwerk
    110
    Rotationsachse
    120
    Lufteinlauf
    130
    Fanstufe
    131
    Einlaufkonus
    150
    Niederdruckverdichter
    160
    Hochdruckverdichter
    170
    Brennkammer
    180
    Hochdruckturbine
    190
    Niederdruckturbine
    200
    Auslassdüse
    210
    Gondel (Nacelle)
    220
    Nebenstromkanal
    230
    Kerntriebwerk
    A
    Luftstrom zur Kühlung
    C
    Kalte Seite des thermoelektrischen Elementes
    H
    Heiße Seite des thermoelektrischen Elementes
    I
    elektrische Energie, Stromfluss
    O
    Öl im Gehäuse des Hochleistungsgetriebes
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 01/61768 A1 [0002]

Claims (11)

  1. Energiewandlungssystem für eine Turbomaschine, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Getriebe (10, 20a, 20b, 20c) und / oder mindestens ein Lagergehäuse (40) zur Umwandlung thermischer Energie in elektrische Energie (I) thermisch mit mindestens einem thermoelektrischen Element (1) gekoppelt ist.
  2. Energiewandlungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine thermoelektrische Element (1) über ein Gehäuse (11) des mindestens einen Getriebes (10, 20a, 20b, 20c) thermisch angekoppelt ist.
  3. Energiewandlungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vom mindestens einen thermoelektrischen Element (1) generierte elektrische Energie (I) für den Betrieb mindestens eines anderen Aggregates der Turbomaschine (100), insbesondere für eine Ölpumpe (14) des Hochleistungsgetriebes (10) und / oder eine Steuereinrichtung (15) der Turbomaschine (100) nutzbar ist.
  4. Energiewandlungssystem nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Stromsteuerungsvorrichtung (30), die die vom mindestens einen thermoelektrischen Element (1) generierte elektrische Energie (I) in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Turbomaschine (100) steuert, insbesondere die anderen Aggregate (14, 15) ganz oder teilweise mit Strom versorgt.
  5. Energiewandlungssystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine Prallfläche (13) für Öltropfen des mindestens einen Getriebes (10, 20a, 20b, 20c) und / oder einer Lagerung, wobei die Prallfläche (13) mit dem mindestens einen thermoelektrischen Element (1) thermisch gekoppelt ist.
  6. Energiewandlungssystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Getriebe (10, 20a, 20b, 20c) als Hochleistungsgetriebe (10) zur mechanischen Kopplung mindestens einer Niederdruckkompressorstufe mit mindestens einer Turbinenstufe oder als weiteres Getriebe (20a, 20b, 20c) ausgebildet ist.
  7. Energiewandlungssystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine thermoelektrische Element (1) in einem Flugzeugtriebwerk (100) angeordnet ist, wobei das mindestens eine thermoelektrischen Element (1) in axialer Richtung teilweise oder vollständig zwischen der Spitze des Einlaufkonus (131) und dem Hochleistungsgetriebe (10) angeordnet ist.
  8. Energiewandlungssystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine thermoelektrische Element (1) mindestens teilweise am Gehäuse (11) des mindestens einen Getriebes (10, 20a, 20b, 20c) und / oder des mindestens einen Lagergehäuses (40) angeordnet ist, insbesondere vollständig um den Umfang des Gehäuses (11) des Hochleistungsgetriebes (10) herum und / oder am Kerntriebwerk (230).
  9. Energiewandlungssystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Mittel zur Führung (16) von Kühlluft (K) zur kalten Seite (C) mindestens eines thermoelektrischen Elementes (1).
  10. Getriebe (10, 20a, 20b, 20c) oder Lagergehäuse (30) einer Turbomaschine (100) mit mindestens einem Energiewandlungssystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9.
  11. Turbomaschine (100), insbesondere ein Flugzeugtriebwerk oder ein Getriebefan-Flugzeugtriebwerk, mit mindestens einem Getriebe (10, 20a, 20b, 20c) und / oder einem Lagergehäuse (30) gemäß Anspruch 10.
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