(57)【要約】エンジンから電気を発生する方法は、エンジン部品上にＮ型材料とＰ型材料の複数の交互部を直列に成膜するステップと、回路を形成するためにＮ型材料とＰ型材料の二つの接合部のそれぞれの間に導電体を設けるステップと、を含む。
2007500307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン部品上にＮ型材料とＰ型材料の複数の交互部を直列に成膜するステップと、
回路を形成するために前記Ｎ型材料と前記Ｐ型材料の二つの接合部のそれぞれの間に導電体を設けるステップと、
を含むエンジンから電気を発生させる方法。
【請求項２】
前記エンジンを運転させて熱を発生させるステップを更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記発生した熱から電気を発生させるステップを更に含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記Ｎ型材料と前記Ｐ型材料の前記複数の交互部に電流を流して前記エンジンからの前記発生した熱を奪うステップを更に含む請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記エンジンがターボファンエンジンを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記エンジン部品がファンケース部、燃焼器、及びオーグメンタ・ライナから成るグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記成膜するステップが前記Ｎ型材料と前記Ｐ型材料の前記複数の交互部を前記エンジン部品の表面に接合するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記Ｎ型材料がＳｉ1-xＧｅx合金、スクッテルダイト、及びコバルト系酸化物から成る群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
エンジン部品の中にＮ型材料とＰ型材料の複数の交互部を製作し、これらを交互に配置するステップと、
Ｎ型材料とＰ型材料の前記複数の交互部のそれぞれを直列に接続するために導電性材料を設けるステップと、
を含むエンジンから電気を発生させる方法。
【請求項１０】
前記エンジンを運転させて熱を発生させるステップを更に含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記発生した熱から電気を発生させるステップを更に含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記Ｎ型材料と前記Ｐ型材料の前記複数の交互部に電流を流して前記エンジンからの前記発生した熱を奪うステップを更に含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記エンジンがターボファンエンジンを含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記エンジン部品がファンケース部、燃焼器、及びオーグメンタ・ライナから成る群から選択されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記成膜するステップが前記Ｎ型材料と前記Ｐ型材料の前記複数の交互部を前記エンジン部品の表面に接合するステップを含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記Ｎ型材料と前記Ｐ型材料がＳｉ1-xＧｅx合金、スクッテルダイト、及びコバルト系酸化物から成る群から選択されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
少なくとも一つのエンジン部品を備えるエンジンであって、前記エンジン部品が回路を形成するために導電性材料を介して前記エンジン部品上に直列に接続されたＮ型材料とＰ型材料の複数の交互部を備えることを特徴とするエンジン。
【請求項１８】
前記エンジン部品がファンケース部、燃焼器、及びオーグメンタ・ライナから成る群から選択されることを特徴とする請求項１７に記載のエンジン。
【請求項１９】
前記Ｎ型材料と前記Ｐ型材料の前記複数の交互部が前記エンジン部品上に成膜されることを特徴とする請求項１７に記載のエンジン。
【請求項２０】
前記Ｎ型材料と前記Ｐ型材料の前記複数の交互部が前記エンジン部品の中に製作されることを特徴とする請求項１７に記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスタービンエンジンにおいて生じる熱エネルギーから電気を発生させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機に取り付けられるエンジン、詳細にはガスタービンエンジンは大量の熱を通常発生する。熱の過剰発生はエンジン故障をもたらし得る。ステルス航空機のような他の例においては隠蔽状態を維持するために廃熱を放散する必要がある。更に、最新の航空電子工学及び兵器システムは航空機上の電気負担を増大させる。
【０００３】
従って、航空機のガスタービンエンジンにより発生する熱を除去及び放散する方法や、電気の発生を増大させる方法が必要とされる。ガスタービンエンジンにおいて発生した熱を電気に変換できる方法を工夫できれば最も好ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、本発明の目的はガスタービンエンジンにおいて生じた熱エネルギーから電気を発生する方法を提供することである。
【０００５】
本発明の更なる目的はエンジン部品上にＮ型材料とＰ型材料の複数の交互部を直列に成膜するステップと、回路を形成するためにＮ型材料とＰ型材料の二つの接合部のそれぞれの間に導電性材料を設けるステップと、を含むエンジンから電気を発生する方法を提供することである。
【０００６】
本発明の更なる目的はエンジン部品の中にＮ型材料とＰ型材料の複数の交互部を製作し、これらを交互に配置するステップと、Ｎ型材料とＰ型材料の複数の交互部のそれぞれを直列に接続するために導電性材料を設けるステップとを含む、エンジンから電気を発生する方法を提供することである。
【０００７】
本発明の更なる目的は回路を形成するために導電性材料を介してエンジン部品上に直列に接続されたＮ型材料とＰ型材料の複数の交互部を備える少なくとも一つのエンジン部品を備えるエンジンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
従って、本発明の主な教示は電力を生み出すためにガスタービンエンジンの部品に熱電式半導体材料を塗布する方法を提供することである。それに加えて、本発明はその方法によりガスタービン内に生じる熱を速やかに除去するように動作中のガスタービンエンジンに電流を供給できるようにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の基礎となる基本的な物理原理は以下に述べられる。カルノーサイクルが熱電装置の効率に関連する。カルノーサイクルの効率は熱電装置の製作に使用される材料の熱電的性能指数（ＺＴ）に依存する要因により減じられる。無次元の性能指数（ＺＴ）により定義された材料における電気的効果と熱的効果との間の結合はＺＴ＝σＳ2Ｔ／Ｋと表される（ただし、σは電気伝導度、Ｓはゼーベック係数、Ｔは絶対温度、Ｋは熱伝導度である）。
【００１０】
本発明において問題とする基本的熱電効果はゼーベック効果とペルチエ効果である。ゼーベック効果は誘導電圧が温度勾配の存在の下に生じるという熱エネルギーの電力への変換に関連する現象である。従って、ゼーベック効果は温度差の存在の下に電気を発生するために使用できる。反対に、ペルチエ効果は二つの異種材料の接合部を通る電流の存在の下に冷却／加熱が生じる現象である。これにより、ペルチエ効果は異種材料、特にＰ型とＮ型の材料、の接合部に電流を加えることで材料の冷却／熱管理に従事する。
【００１１】
図１に関し、ガスタービンエンジンから電流を発生させるために使用されるＰ型材料１１とＮ型材料１３の構成が図解される。図解されるように、Ｐ型材料１１とＮ型材料１３は円筒リング状に形成され、導電体１５等の導電性材料により交互に直列に接続される。この実施例では、Ｎ型材料１３とＰ型材料１１は共に、加熱された内部１７を囲みかつ直列に接続された概ね円筒のリング材として図解される。リング材として図解されてはいるが、Ｎ型材料１３とＰ型材料１１の実際の構成はこれに限定されない。むしろ、Ｎ型材料１３とＰ型材料１１は材料１３、１１が交互に配列されるような何れの構造であってもよい。好ましい実施例において、Ｎ型材料１３とＰ型材料１１は連続の輪又はリングを形成し、図解されるように加熱された内部１７を囲んで設けられてもよい。
【００１２】
見て分かるように、各Ｎ型材料１３又はＰ型材料１１は隣の材料１３、１１と分離されており、導電体１５のみを介してこれらに接続される。内部１７が加熱されているため、各Ｎ型材料１３及び各Ｐ型材料１１は共に高温側と低温側を有する。高温側は加熱された内部１７により近い側に相当し、反対に、低温側は加熱された内部１７から最も遠い位置にあるＮ型材料１３又はＰ型材料１１の側に相当する。導電体１５は各Ｎ型材料１３の低温側をＰ型材料１１の低温側に接続し、一方、もう一つの導電体１５は各Ｐ型材料１１の高温側をＮ型材料１３の高温側に接続する。これにより、電子はＮＰ接合部の境界をよぎる際にそれらの周囲からエネルギーを得る。熱はＮ型及びＰ型材料の「高温」側で吸収され、Ｎ型及びＰ型材料の低温側で放出される。この電子のエネルギーの増加は電流から成り、次いでこれは実施例の回路１９を流れる。反対に、この工程は逆転されてもよく、電流が実施例の回路１９を流れることでＮ型材料１３及びＰ型材料１１から熱を奪い、こうして加熱された内部１７に生じたエネルギーの一部を除去する。
【００１３】
図２に関し、本発明を使用するために最適に作られたガスタービンエンジン２７の各領域を図解する。具体的には、ファンケース部２１、オーグメンタ・ライナ２３、及び圧縮機２５が理想的には、概ね一周した輪にＮ型材料とＰ型材料を交互に成膜して上記のように電気を発生させるよう作られる。Ｎ型材料１３とＰ型材料１１とをガスタービンエンジンを構成する部品の上に成膜する以外に、その代わりとしてＮ型材料１３とＰ型材料１１が個々の部品の中に製作してもよい。そのような例においては、Ｎ型材料１３とＰ型材料１１はエンジン部品に対して電気と構造的支持の両方を与えることに役立つ。Ｎ型材料１３とＰ型材料１１の実施例にはＳｉ1-xＧｅx合金、スクッテルダイト、及びコバルト系酸化物が含まれるが、これらには限定されない。
【００１４】
Ｎ型材料１３とＰ型材料１１をエンジン部品の上に成膜し、あるいはそれらの部品中に製作する結果として、可動部を組み込まずに電気エネルギーを発生させるのに、エンジンの熱エネルギーが使用できる。これにより、本発明はエンジン熱から電気を発生する環境保護的方法を提供し、この方法は圧縮された気体又は化学物質を必要としない。本発明を使用するために推力増強されたターボファンエンジンはかなりの量の熱エネルギー差を作り出す。
【００１５】
具体的には、そのような熱的な差は上記のようにオーグメンタ・ライナの内側と外側の間の領域や燃焼器の外側を囲む領域に存在する。上記のような熱的電力の発生はガスタービンエンジンの中又はその周囲に見られる苛酷な環境下での動作によく適している。
【００１６】
本発明に従って、前述した目的、手段、及び利点を完全に満たす、ガスタービンエンジンで生じる熱エネルギーから電気を発生する方法が提供されたことは明らかである。本発明はその特定の実施例の状況において述べられたが、以上の説明を読んだ当業者には他の代案、変形及び変更が明らかとなるであろう。従って、発明は添付の請求項の広い範囲内に入るそれらの代案、変形、及び変更を包含するように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のＰ型材料及びＮ型材料の構成図である。
【図２】本発明のＰ型材料及びＮ型材料の好ましい配置を示す図である。
【図１】
2007500307.tif 000003
【図２】
2007500307.tif 000004
【国際調査報告】
2007500307.tif 000005
2007500307.tif 000006