JP2017108613A - 予冷器排気エネルギー回収のための方法およびシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】ブリード空気供給システムにおける電力の補助供給源を生成するエネルギー回収システムの提供。【解決手段】エネルギー回収システムは予冷器入口および予冷器出口の間で圧縮機ブリード空気を流すように構成された第1の流路を含む圧縮機空気供給予冷器を含む。予冷器はさらに、冷却剤を予冷器冷却剤入口と予冷器冷却剤出口との間で流すように構成された第2の流路を含む。予冷器は、ブリード空気源から圧縮機ブリード空気を冷却するように構成される。システムはまた、余冷器冷却剤出口と流体連通して結合された熱電発電装置を含む。【選択図】図1

Description

本発明は、予冷器排気エネルギー回収のための方法およびシステムに関する。
本開示の分野は、一般的にはガスタービンエジンに関し、特に、ガスタービンエンジンの予冷器排気から電力を生成するための方法及びシステムに関する。
少なくともいくつかの既知の航空機環境制御システムには、エンジンブリード空気が供給される。一般的にECSシステムと呼ばれる環境制御システムは、調整弁、熱交換器、および事前にエンジンブリード空気を調整するように構成されたシステムにおけるほかの装置といった様々な機器を組み込んでいる。
圧縮機ブリード空気は熱交換器内でファン空気により冷却され、次いでキャビンの空気の新鮮さ、圧力および温度を制御するために、環境制御システムに送達される。エンジン圧縮機からの航空機ブリード空気の抽出は、推進サイクルおよびエンジン寿命に悪影響を及ぼす。空気を圧縮し、圧縮機の非効率性を説明するために、エンジンタービン動力が必要である。従って、余分な燃料消費はガスタービンエンジン圧縮機ブリード空気に関連する(空気は推力を生じさせない)。エンジン燃焼器で燃焼したこの余分な燃料により、エンジンタービンに送達されるガス温度が高くなり、タービンブレードの寿命が短くなる。このようなペナルティは、ブリード空気を伴う余分な動力を提供するために、エンジンタービンによりもたらされる。
圧縮機ブリードタップの離散的な性質のため、ブリード空気は、航空機の防氷およびECSシステムに必要とされる正確な圧力で正確に供給することができない。典型的には、2つのブリード口のみが提供される。従って、最低圧力用件を超えるブリード空気が供給され、その結果、航空機システムによって要求されるよりもエンジンサイクルに対するペナルティがさらに高くなる。ブリード空気は要求される圧力よりも高いだけでなく、航空機の防氷およびECSシステムに直接使用するには熱すぎる。火災安全の理由から、最高ブリード空気温度は通常、350°から500°Fに制限される。温度制御では、ブリード空気を予冷器で冷却する必要がある。ほとんどの現代のエンジンは、圧縮機ブリード空気を冷却するためにファン空気を使用する。ファン空気を使用すると、燃料消費に追加のペナルティが課される。さらに、予冷器は通常大型であり、抗力を生成するファン空気スクープを必要とすることがある。場合によっては、典型的な大型ターボファンエンジンは、約2%の余分な燃料を消費し、約20°Fの高温のタービン温度で運転し、航空機システムのブリード空気を提供することができる。
一態様においては、ブリード空気供給システムは予冷器入口および予冷器出口の間で圧縮機ブリード空気を流すように構成された第1の流路を含む圧縮機空気供給予冷器を含む。予冷器はさらに、冷却剤を予冷器冷却剤入口と予冷器冷却剤出口との間で流すように構成された第2の流路を含む。予冷器は、ブリード空気源から圧縮機ブリード空気を冷却するように構成される。システムはまた、予冷器冷却剤出口と流体連通して結合された熱電発電装置を含む。
別の態様では、電力の補助供給源を生成する方法は、航空機エンジンファン空気流の一部を熱交換器に送ること、熱交換器内の航空機エンジンファン空気流の一部を使用してブリード空気を冷却すること、および熱交換器と流体連通するように結合された熱電発電装置に電気エネルギーを発生させることを含む。
さらに別の態様では、ターボファンエンジンは、多段圧縮機を含むコアエンジン、コアエンジンで発生したガスによって駆動される動力タービンによって動力を供給されるファン、およびコアエンジンおよびファンを少なくとも部分的に囲むファンバイパスダクトとを含む。ターボファンエンジンはまた、予冷器入口および予冷器出口の間で圧縮機ブリード空気を流すように構成された第1の流路を含む圧縮機空気供給予冷器を含むガスタービンエンジンエネルギー回収システムを含む。予冷器はさらに、冷却剤を予冷器冷却剤入口と予冷器冷却剤出口との間で流すように構成された第2の流路を含む。予冷器は、ブリード空気源から圧縮機ブリード空気を冷却するように構成される。ターボファンエンジンはまた、予冷器冷却剤出口と流体連通して結合された熱電発電装置を含む。
本開示のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、本開示のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明を、添付の図面を参照して読むと、よりよく理解されるであろう。図面中、同様の符号は同様の部分を表し、ここで:
図1は、本開示の例示的な実施形態によるガスタービンエンジンの概略断面図である。 図2は、航空機の斜視図である。 図3は、航空機エネルギー回収システムの概略ブロック図である。 図4は、図2に示した熱電発電装置と共に使用することができる熱電モジュールの斜視図である。 図5は、図3に示すTEGにおいて使用され得る複数の熱電モジュールの斜視図である。
他に示されない限り、本明細書で提供される図面は、本開示の実施形態の特徴を説明することを意味する。これらの特徴は、本開示の1つ以上の実施形態を含む多種多様なシステムに適用可能であると考えられる。このように、図面は、本明細書で開示された実施形態の実施に必要とされる当業者に知られている全ての従来の特徴を含むことを意味するものではない。
以下の明細書および特許請求の範囲において、いくつかの用語が参照され、これらの用語は以下の意味を有すると定義される。
単数形「a」、「an」および「the」は、文脈上他に明確に指示されていない限り、複数の言及を含む。
「任意の(optional)」または「任意に(optionally)」は、その後に記載される事象または状況が起こっても起こらなくてもよいことを意味し、その記載には、事象が起こる例および起こらない例が含まれる。
本明細書および特許請求の範囲を通じて使用される言語の近似は、それが関連する基本機能に変化をもたらさずに許容可能な程度に変化し得る任意の定量的表現を修正するために適用され得る。従って、用語「約(about)」、「およそ(approximately)」および「実質的に(substantially)」などの用語によって修飾された値は、指定された正確な値に限定されない。少なくともいくつかの例では、近似言語は、値を測定するための機器の精度に対応することができる。本明細書および明細書および特許請求の範囲を通して、範囲の制限を組み合わせることおよび/または交換することができる;そのような範囲は特定され、文脈または言語がそうでないことを示さない限り、そこに含まれる全ての部分範囲を含む。
本明細書に記載されたエネルギー回収システムの実施形態は、圧縮機ブリード空気からファン空気に移された廃熱から電気エネルギーを生成する費用効果の高い方法を提供する。加熱されたファン空気は、典型的には、アンダーカウル位置に、またはガスタービンエンジンから船外に排出される。加熱されたファン空気を船外に排出する前に、加熱されたファン空気をまず熱電発電装置に通すことにより、加熱されたファン空気に含まれる熱の一部を電気エネルギーに変換して、エンジン発電機を補充するか、または他の負荷に電力を供給することができる。この電気エネルギーは、直接熱から電気を発生する熱電材料を含む熱電モジュールを形成する回路に取り込まれる。一実施形態では、熱電モジュールは、その両端に接合された2つの異なる熱電材料、n型(負に帯電した);およびp型(正に帯電した)半導体を含む。2つの材料の間に温度差があると、回路に直流電流が流れる。一般に、電流の大きさは、温度差と比例関係にある(すなわち、温度差が大きいほど、電流が大きくなる)。
動作中、熱電モジュールは過酷な機械的および熱的条件で使用される。これらは高温勾配で動作するため、モジュールは長時間にわたって大きな熱誘発応力および歪みを受ける。それらはまた、多数の熱サイクルによって引き起こされる機械的疲労の影響を受ける。材料は、これらの厳しい機械的条件および熱的条件に耐えられるように選択される。また、熱電モジュールは、2つの熱電材料が熱的に平行であるが、電気的に直列であるように設計されている。従って、熱電モジュールの効率は、その幾何学的設計によって大きく影響を受ける。
図1は、本開示の例示的な実施形態によるガスタービンエンジン10の概略断面図である。例示的な実施形態において、ガスタービンエンジン10は高バイパスターボファンジェットエンジンに組み込まれている。図1の示すように、ターボファンエンジン10は、軸方向A(参照のために提供された長手軸12に平行に延びる)と半径方向Rとを規定する。一般に、ターボファン10は、ファンセクション14と、ファンセクション14の下流に配置されたコアタービンエンジン16とを含む。
例示的な実施形態では、コアタービンエンジン16は、環状入口20を画定するほぼ管状の外側ケーシング18を含む。外部ケーシング18は、直列流れ関係で、ブースターまたは低圧(LPC)圧縮機22および高圧(HPC)圧縮機24を含む圧縮機セクション;燃焼セクション26;高圧タービン(HPT)28および低圧タービン(LPT)30を含むタービンセクション;およびジェット排気ノズル部32を包む。高圧(HP)シャフトまたはスプール34は、HPT28をHPC24に駆動的に連結する。低圧(LP)シャフトまたはスプール36は、LPT30をLPC22に駆動的に連結する。圧縮機セクション、燃焼セクション26、タービンセクション、およびノズルセクション32は共に、コア空気流路37を規定する。様々な実施形態において、HPC24はブリード空気の源である。
例示的な実施形態において、ファンセクション14は、離間した関係でディスク4 2に結合された複数のファンブレード40を有する可変ピッチファン38を含む。ファンブレード40は、ディスク42から半径方向に外側に延びている。各ファンブレード40は、ファンブレード40のピッチを変化させるように構成された適切なピッチ変更機構(PCM)44に動作可能に結合されたファンブレード40によって、ピッチ軸Pの周りでディスク42に対して回転可能である。他の実施形態では、ピッチ変更機構(PCM)44は、ファンブレード40のピッチを一斉に変更するように構成されている。ファンブレード40、ディスク42およびピッチ変更機構44は、パワーギアボックス46を横切ってLPシャフト36によって縦軸12の周りに一緒に回転可能である。パワーギアボックス46は、LPシャフト36に対してファン38の回転速度をより効率的な回転ファン速度に調整するための複数のギアを含む。
ディスク42は、複数のファンブレード40を通る空気流を促進するために空気力学的に輪郭を描かれた回転可能なフロントハブ48によって覆われている。さらに、ファンセクション14は、ファン38および/またはコアタービンエンジン16の少なくとも一部を円周方向に囲む環状ファンケーシングまたは外側ナセル50を含む。例示的な実施形態では、ナセル50は、複数の円周方向に間隔を置いて配置された出口ガイド静翼52によってコアタービンエンジン16に対して支持されるように構成される。さらに、ナセル50の下流セクション54は、それらの間にバイパス空気流通路56を規定するように、コアタービンエンジン16の外側部分上に延びてもよい。
ターボファンエンジン10の運転中、ある量のファン空気58が、ナセル50および/またはファンセクション14の関連する入口60を介してターボファンエンジン10に入る。ファン空気58の体積がファンブレード40を横切って通過するとき時、ファン空気58の第1の部分62はバイパス空気流路56に導かれるか、または送風され、ファン空気58の体積の第2の部分64はコア空気流路 37、またはより具体的にはLP圧縮機22に供給される。第1の部分62と第2の部分64との間の比は、一般に、バイパス比と呼ばれる。第2の部分64の圧力は、HPC24を通って燃焼セクション26に送られるときに増加し、ここでこれは燃料と混合されて燃焼ガス66を提供する。
燃焼ガス66は、HPタービン28を通って送られ、ここで燃焼ガス66からの熱エネルギーおよび/または運動エネルギーの一部は、外部ケーシング18に結合されているHPタービン静翼68およびHPシャフトまたはスプール34に結合されているHPタービン動翼70の順次の段階を経て抽出され、それによってHPシャフトまたはスプール34を回転させ、次にHPC24の回転を駆動する。次いで燃焼ガス66は、LPタービン30を通って送られ、ここで熱エネルギーおよび/または運動エネルギーの第2の一部は、外部ケーシング18に結合されているHPタービン静翼72およびLPシャフトまたはスプール36に結合されているLPタービン動翼74の順次の段階を経て燃焼ガス66から抽出され、LPシャフトまたはスプール36およびLP圧縮機22の回転および/またはファン38の回転を駆動する。
次に、燃焼ガス66は、コアタービンエンジン16のジェット排気ノズル部32を通って推進力を提供するように経路指定される。同時に、第1の部分62の圧力は、第1の部分62がターボファン10のファンノズル排気部76から排出される前に、バイパス空気流路56を通って導かれ、推進推力を提供するので実質的に増加する。HPタービン28、LPタービン30およびジェット排気ノズル部32は、燃焼ガス66をコアタービンエンジン16に送るための高温ガス経路78を少なくとも部分的に規定する。
ターボファンエンジン10は、図1に一例としてのみ示されており、他の例示的な実施形態では、ターボファンエンジン10は、例えば、ターボプロップエンジンを含む任意の他の適切な構成を有してもよい。
図2は、航空機100の斜視図である。例示的な実施形態では、航空機100は、ノーズ104、テール106、それらの間に延びる中空の細長本体108とを含む機体102を含む。航空機100はまた、機体102から横方向112に離れて延びる翼110を含む。ウイング110は、通常の飛行中の航空機100の動きの方向116の前方の前縁114と、ウイング110の対向する縁の後方の後縁118とを含む。航空機100は、推力を生成するように構成された少なくとも1つのエンジン120をさらに含む。エンジン120は、例えばテール106に近接したプッシャー構成において、ウイング110および機体102の少なくとも一方に連結される。
図3は、航空機エネルギー回収システム200の概略ブロック図である。例示的な実施形態において、航空機エネルギー回収システム200は予冷器入口208および予冷器出口210の間で圧縮機ブリード空気206を流すように構成された第1の流路204を含む圧縮機空気供給予冷器202を含む。予冷器202はさらに、冷却剤214を予冷器冷却剤入口216と予冷器冷却剤出口218との間で流すように構成された第2の流路212を含む。予冷器202は、HPC24のようなブリード空気源からの圧縮機ブリード空気を冷却するように構成される。航空機エネルギー回収システム200はまた、予冷器冷却剤出口218と流体連通して結合された熱電発電装置(TEG)222を含む。TEG222は、予冷器冷却剤出口218からの加熱空気226の流れを受けるよう構成された入り口224を含む。予冷器出口210は、予冷器202からの冷却空気を処理し、処理された空気を航空機機体232内のキャビン230に導く環境制御システム(ECS)228と流体連通して結合されている。予冷器202が冷却空気の源214と流体連通する空気対空気熱交換器234を含む。一実施形態では、冷却空気源214はファン空気の一部を含む。例示的な実施形態では、圧縮機24は、最初ならびに最後の段階の間に位置する低圧ブリード空気口236および低圧ブリード空気口236および圧縮機の前記最後の段階の間に位置する高圧ブリード空気口238を含む。ブリード空気源が低圧ブリード空気口236および高圧ブリード空気口238の間で選択可能である。
TEG222は、第1の面242および対向する第2の面244を含む熱電モジュール240を含む。TEG222は、第1の表面242および第2の表面244との間に熱勾配が維持されている場合、ゼーベック効果による電流の流れを生成するように構成される。生成された電気エネルギーは、エンジン10または航空機機体232の電気システム246に向けられる。
図4は、TEG222(図2に示す)と共に使用することができる熱電モジュール240の斜視図である。熱電モジュール240は第1の面242および対向する第2の面244を含む。熱電モジュール240は、熱勾配が第1の表面242と第2の表面244との間で維持される場合に、ゼーベック効果による電流回路を生成するよう構成されている。グラフ302は、第1の表面242と第2の表面244との間の距離(d)306にわたる温度差(ΔT)304を示す。熱電モジュール240は、温度差を電圧に変換することによって熱から直接的に電力を生成する能力を有する熱電材料で形成される。これらの材料は、典型的には、高い導電率および低い熱伝導率を有する。熱伝導率が低いと、一方の面を高温にすると他方の面が冷たくなり、温度勾配中に大きな電圧を発生させるのに役立つ。その材料の温度差に応じた電子流の大きさの尺度は、ゼーベック係数によって与えられる。様々な実施形態において、熱電モジュール240は、テルル化ビスマス(Bi2Te3)、テルル化鉛(PbTe)およびシリコンゲルマニウム(SiGe)から形成される。これらの材料には希少元素が含まれているため、入手して製造するには高価な化合物である。他の実施形態では、半導体の熱伝導率は、例えば、バルク半導体材料中の粒子、ワイヤまたは界面のようなナノスケールの特徴を作り出すことによって、ナノテクノロジーを使用するそれらの高い電気的特性に影響を及ぼすことなく低下させることができる。
熱電モジュール240は、直接熱から電気を発生する熱電材料を含む回路に取り込まれる。一実施形態では、熱電モジュール240は、その両端に接合された2つの異なる熱電材料、n型(負に帯電した);およびp型(正に帯電した)半導体を含む。2つの材料の間に温度差があると、回路に直流電流が流れる。一般に、電流の大きさは、温度差と比例関係にある(すなわち、温度差が大きいほど、電流が大きくなる)。
図5は、図3に示すTEG222において使用され得る複数の熱電モジュール240の斜視図である。例示的な実施形態では、複数の熱電モジュール240は、熱電モジュール240のスタックのように、互いに隣接して配置され、複数の熱電モジュール240の隣接する熱電モジュール間に流路502を提供するように間隔を空けて配置される。他の実施形態では、仕切り板504は隣接する熱電モジュール240の間に配置されて、隣接する熱電モジュール240の各側に平行な流路を提供する。平行流路は、熱電モジュール240の一方の表面242と、熱電モジュール240の反対側の表面244を横切る比較的低温の空気とを横切って相対的により高温の空気を流すことを可能にする。
上述のブリードシステムは、航空機の環境制御システムに事前調節された空気を提供する効率的な方法を提供する。具体的には、上述したガスタービンエンジンのエネルギー回収システムは、熱交換器から排出される廃熱から電気エネルギーを生成する熱交換器出口に結合された熱電発電装置を含む。
ガスタービンエンジンのエネルギー回収システムの方法及びシステムの上述の実施形態は、航空機内のブリード空気供給システム内の他の熱から補助電力を供給するための費用対効果の高い信頼性の高い手段を提供する。さらに、上述の方法およびシステムは、航空機エンジン発電機の負荷を低減することを容易にする。結果として、本明細書に記載の方法およびシステムは、費用効果が高く信頼できる方法で廃熱を回収するのを容易にする。
本開示の様々な実施形態の特定の特徴は、いくつかの図面には示されており、他の図面には示されていないが、これは便宜上のものに過ぎない。本開示の原理によれば、図面の任意の特徴は、他の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および/または請求することができる。
記載したこの記述は、例を用いて、最良の形態を含む実施形態を開示し、かつ、いかなる当業者に対しても、任意の装置またはシステムを作成し用いることおよび任意の統合された方法を実行することを含む本発明の実施をすることができるようにもする。特許を受けることができる本発明の範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想到する他の実施例を含みうる。そうした他の実施例は、特許請求の範囲の字義どおりの用語と異なるものではない構造的要素を有する場合、または特許請求の範囲の字義どおりの用語と実体のない差異をもつ同等の構造的要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内であることが意図される。
[実施態様1]
ガスタービンエンジンエネルギー回収システムであって:
予冷器入口および予冷器出口の間で圧縮機ブリード空気を流すように構成された第1の流路を含み、前記予冷器がさらに、冷却剤を予冷器冷却剤入口と予冷器冷却剤出口との間で流すように構成された第2の流路を含み、前記予冷器がブリード空気源から圧縮機ブリード空気を冷却するように構成された、圧縮機空気供給予冷器;および
前記予冷器冷却剤出口と流体連通して結合された熱電発電装置を含む、ガスタービンエンジンエネルギー回収システム。
[実施態様2]
前記熱電発電装置が、前記予冷器冷却剤出口からの加熱空気の流れを受けるよう構成された入り口を含む、実施態様0に記載のシステム。
[実施態様3]
前記予冷器出口が、環境制御システム(ECS)と流体連通して結合される、実施態様0に記載のシステム。
[実施態様4]
前記予冷器が冷却空気の源と流体連通する空気対空気熱交換器を含む、実施態様0に記載のシステム。
[実施態様5]
前記冷却空気の源がファン空気の一部を含む、実施態様0に記載のシステム。
[実施態様6]
前記ブリード空気源が、前記圧縮機の最初ならびに最後の段階の間に位置する低圧ブリード空気口および前記低圧ブリード空気口および圧縮機の前記最後の段階の間に位置する高圧ブリード空気口を含む、実施態様0に記載のシステム。
[実施態様7]
ブリード空気源が低圧ブリード空気口および高圧ブリード空気口の間で選択可能である、実施態様0に記載のシステム。
[実施態様8]
前記熱電発電装置が第1の面および対向する第2の面とを含む熱電モジュールを含み、前記熱電モジュールが、熱勾配が第1の表面と第2の表面との間で維持される場合に、ゼーベック効果による電流回路を生成するよう構成されている、実施態様0に記載のシステム。
[実施態様9]
前記熱電発電装置が前記予冷器冷却剤出口と流体連通して結合した第1の面および相対的に冷たい冷却流体と連帯流通し結合した対向する第2の面を含む熱電モジュールを含む、実施態様0に記載のシステム。
[実施態様10]
前記熱電発電装置が、熱電モジュールのスタック内に互いに隣接して配置された複数の熱電モジュールを含み、前記熱電モジュールが前記複数の熱電モジュールの隣接する熱電モジュール間に流路を提供するように間隔を空けて配置される、実施態様0に記載のシステム。
[実施態様11]
前記熱電発電装置が、テルル化ビスマス(Bi2Te3)、テルル化鉛(PbTe)、およびシリコンゲルマニウム(SiGe)の少なくとも1つを含む、実施態様0に記載のシステム。
[実施態様12]
前記熱電発電装置が、バルク半導体材料で形成されたナノ粒子、ナノワイヤ、およびナノ界面の少なくとも1つを含むナノスケールフィーチャを含む、実施態様0に記載のシステム。
[実施態様13]
電力の補助供給源を生成する方法であって:_Ref429932740
航空機エンジンのファン空気流の一部を熱交換器に送ること;
熱交換器内の航空機エンジンのファン空気流の一部を用いてブリード空気の流れを冷却すること;および
熱交換器と流体連通するように結合された熱電発電装置内で電気エネルギーを生成することを含む、前記方法。
[実施態様14]
熱電発電装置において電気エネルギーを生成することが、テルル化ビスマス(Bi2Te3)、テルル化鉛(PbTe)、およびシリコンゲルマニウム(SiGe)の少なくとも1つを含む熱電発電装置において電気エネルギーを生成することを含む、実施態様0に記載の方法。
[実施態様15]
熱電発電装置において電気エネルギーを生成することが、バルク半導体材料で形成されたナノ粒子、ナノワイヤ、およびナノ界面の少なくとも1つを含む熱電発電装置において電気エネルギーを生成することを含む、実施態様0に記載の方法。
[実施態様16]
熱電発電装置において電気エネルギーを生成することが、Ag1-xPbmSbTe2+mを含む熱電発電装置において電気エネルギーを生成することを含む、実施態様0に記載の方法。
[実施態様17]
ターボファンエンジンであって:
多段圧縮機を含むコアエンジン;
前記コアエンジンで発生したガスによって駆動されるパワータービンにより動力を与えられるファン;
前記コアエンジンならびに前記ファンを少なくとも部分的に囲むファンバイパスダクト;および
ガスタービンエンジンエネルギー回収システムであって:
予冷器入口および予冷器出口の間で圧縮機ブリード空気を流すように構成された第1の流路を含み、前記予冷器がさらに、冷却剤を予冷器冷却剤入口と予冷器冷却剤出口との間で流すように構成された第2の流路を含み、前記予冷器がブリード空気源から圧縮機ブリード空気を冷却するように構成された、圧縮機空気供給予冷器;および
前記予冷器冷却剤出口と流体連通して結合された熱電発電装置を含む、ガスタービンエンジンエネルギー回収システム。
[実施態様18]
前記熱電発電装置が、前記予冷器冷却剤出口からの加熱空気の流れを受けるよう構成された入り口を含む、実施態様0に記載のエンジン。
[実施態様19]
前記熱電発電装置が第1の面および対向する第2の面とを含む熱電モジュールを含み、前記熱電モジュールが、熱勾配が第1の表面と第2の表面との間で維持される場合に、ゼーベック効果による電流回路を生成するよう構成されている、実施態様0に記載のエンジン。
[実施態様20]
熱電発電装置が、テルル化ビスマス(Bi2Te3)、テルル化鉛(PbTe)、およびシリコンゲルマニウム(SiGe)の少なくとも1つを含む、実施態様0に記載のエンジン。
[実施態様21]
前記熱電発電装置が、バルク半導体材料で形成されたナノ粒子、ナノワイヤ、およびナノ界面の少なくとも1つを含むナノスケールフィーチャを含む、実施態様0に記載のエンジン。
10 ガスタービンエンジン
12 長手方向軸
14 ファンセクション
16 コアタービンエンジン
18 外部ケーシング
20 環状入口
22 LP圧縮機
24 HP圧縮機
26 燃焼セクション
28 HPタービン
30 LPタービン
32 ノズルセクション
34 HPシャフトまたはスプール
36 LPシャフトまたはスプール
37 コア空気流路
38 ファン
40 ファンブレード
42 ディスク
44 ピッチ変更機構
46 パワーギアボックス
48 回転フロントハブ
50 ケーシングまたは外側ナセル
52 出口ガイド静翼
54 下流セクション
56 バイパス空気流路
58 ファン空気の風量
60 入口
62 第1部分
64 第2部分
66 燃焼ガス
68 HPタービン静翼
72 LPタービン静翼
74 LPタービン動翼
76 ファンノズル排気セクション
78 高温ガス流路
100 航空機
102 機体
104 ノーズ
106 テール
108 細長本体
110 ウイング
112 横方向
114 軸方向前側の前縁
116 方向
118 後方の後縁
120 エンジン
200 エネルギー回収システム
202 予冷器
204 第1の流路
206 圧縮機ブリード空気
208 予冷器入口
210 予冷器出口
212 第2の流路
214 冷却空気源
216 予冷器冷却剤入口
218 予冷器冷却剤出口
222 熱電発電装置(TEG)
224 入口
226 加熱空気の流れ
228 環境制御システム(ECS)
230 キャビン
232 機体
234 熱交換器
236 ブリード空気口
238 ブリード空気口
240 発電モジュール
242 第1の面
244 第2の面
246 電気システム
302 グラフ
304 温度差(ΔT)
306 距離(d)
502 流路
504 仕切り板

Claims (10)

  1. ガスタービンエンジンエネルギー回収システム(200)であって:
    予冷器入口(208)および予冷器出口(210)の間で圧縮機ブリード空気(206)を流すように構成された第1の流路(204)を含み、前記予冷器(202)がさらに、冷却剤(214)を予冷器冷却剤入口(216)と予冷器冷却剤出口(218)との間で流すように構成された第2の流路(212)を含み、前記予冷器(202)がブリード空気源(236、238)から圧縮機ブリード空気(206)を冷却するように構成された、圧縮機空気供給予冷器(202);および
    前記予冷器冷却剤出口(218)と流体連通して結合された熱電発電装置(222)を含む、ガスタービンエンジンエネルギー回収システム。
  2. 前記熱電発電装置(222)が、前記予冷器冷却剤出口(218)からの加熱空気(226)の流れを受けるよう構成された入口(224)を含む、請求項1に記載のシステム(200)。
  3. 前記予冷器出口(210)が、環境制御システム(ECS)(228)と流体連通して結合される、請求項1に記載のシステム(200)。
  4. 前記予冷器(202)が冷却空気の源(214)と流体連通する空気対空気熱交換器を含む、請求項1に記載のシステム(200)。
  5. 前記冷却空気の源(214)がファン空気の一部を含む、請求項4に記載のシステム(200)。
  6. 前記ブリード空気源(236、238)が、前記圧縮機(24)の最初ならびに最後の段階の間に位置する低圧ブリード空気口(236)および前記低圧ブリード空気口(236)および圧縮機(24)の前記最後の段階の間に位置する高圧ブリード空気口(238)を含む、請求項1に記載のシステム。
  7. ブリード空気源が低圧ブリード空気口および高圧ブリード空気口の間で選択可能である、請求項1に記載のシステム(200)。
  8. 前記熱電発電装置(222)が第1の面(242)および対向する第2の面(244)を含む熱電モジュール(240)を含み、前記熱電モジュール(240)が、熱勾配(304)が第1の表面(242)と第2の表面(242)との間で維持される場合に、ゼーベック効果による電流回路を生成するよう構成されている、請求項1に記載のシステム。
  9. 前記熱電発電装置(222)が前記予冷器冷却剤出口(218)と流体連通して結合した第1の面(242)および相対的に冷たい冷却流体と連帯流通し結合した対向する第2の面(244)を含む熱電モジュール(240)を含む、請求項1に記載のシステム(200)。
  10. 前記熱電発電装置(222)が、熱電モジュール(240)のスタック内に互いに隣接して配置された複数の熱電モジュール(240)を含み、前記熱電モジュールが前記複数の熱電モジュール(240)の隣接する熱電モジュール(240)間に流路を提供するように間隔を空けて配置される、請求項1に記載のシステム(200)。
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