(57)【要約】  本発明は、熱源（ＳＣ）を取り巻く表面を有する複数の熱電池（４４）を含む、航空機のガスタービン等で電力を発生させるための装置に関する。本発明は、冷熱源（ＳＦ）が、前記熱電池の他の表面で行われる低温流体（Ｆ）の循環から成ることを特徴としている。
2012517789.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源（ＳＣ）を取り巻く一方の面を有する複数の熱電池（４４）を備える装置にして、冷熱源（ＳＦ）が、前記熱電池の他方の面の上を流れる低温流体（Ｆ）によって構成され、該装置では、前記低温流体が導かれる少なくとも１つの環状ゾーン（４６）によって前記冷熱源（ＳＦ）が構成され、前記環状ゾーンの壁（４８）が、前記熱電池の第２の面と熱橋を形成し、環状ゾーン（４６）の第２の壁が、装置の外側エンベロープである、航空機のガスタービン等で電力を発生させるための装置であって、熱源が、外側半径に向かって螺旋運動によって（高温流体を構成する）排気ガスの一部分が流れる少なくとも１つの環状ゾーン（５８）によって構成され、冷熱源が、内側半径に向かって螺旋運動によって低温流体（Ｆ）が進む前記少なくとも１つの環状ゾーン（４６）によって構成され、熱電池（４４）の少なくとも１つの環状組立体は、組立体の面のうちの一方が低温流体（Ｆ）と接触しており、他方の面が高温流体と接触しており、それによって向流筒型熱交換器を形成するように同軸に取り付けられることを特徴とする、装置。
【請求項２】
前記低温流体（Ｆ）が、前記タービン用の燃料と、冷却油または潤滑油と、前記タービンの圧縮機から取り込まれる空気と、エンジンコンパートメントを冷却するための空気と、前記タービンの外側の空気とを含む群から選択されることを特徴とする、請求項１に記載の電力発生装置。
【請求項３】
前記熱源（ＳＣ）が、排気ガスによる対流によって加熱される前記タービンのノズル（３２）の壁（４２）によって構成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
排気ガスの一部分が流れる複数の互いに結合される環状ゾーン（５８）と、低温流体が流れる複数の互いに結合される環状ゾーン（４６）と、熱電池の複数の環状組立体（４４）とを含み、各環状組立体が、排気ガス用の環状ゾーン（５８）と低温流体（Ｆ）用の環状ゾーン（４６）との間に配置されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
ガスタービンの補機に電気的に動力を供給するための、請求項１から４のいずれか一項に記載の電力を発生させるための装置の使用。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか一項に記載の電力発生装置を含む、ヘリコプタタービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機ガスタービン等用の電力を発生させるための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機は、無視できない量の電気をそれらの内部機器で消費する。この電力は、一般に、ガスタービンによる機械的動力を取り出すオルタネータによって発生される。したがって、航空機の燃料消費を増加させない電力を発生させるための手段を有することが有利である。
【０００３】
さらに、それに加えられる温度差の影響によって電力を発生させることができる熱電池が、知られている。
【０００４】
図１に伴って、このような熱電池１０を示す。これは、本質的に２つの素子１２および１４から成る半導体接合によって構成され、この２つの素子１２および１４は、Ｎ型およびＰ型からなるようにそれぞれドープされる。これらの２つの素子は、電気導体１６によって一緒に接続され、これらは、端子１８および１９を形成するそれぞれの電気的接続部を有する。通常、単位熱電池を構成するこの組立体は、たとえば、このような電池を他の構成要素に固締するのを容易にする支持体２０および２２などの、２つの電気絶縁性支持体の間に取り付けられる。当然、複数の個々の電池は互いに関連付けられ得る。
【０００５】
また、このような電池の効率や収率は、たとえば絶縁性支持体２０および２２によって構成されるこのような電池の、２つの面の間に存在する温度差に直接比例することが知られている。
【０００６】
ＰＣＴ特許出願国際公開第２００５／０１７３３１号は、ガスタービンエンジン用、特に航空機推進用の熱電発電装置を説明している。
【０００７】
この特許出願では、ホットゾーンの周りに熱電池のリング状のセットを配置する提案がされているが、熱電池の前記試験の実装条件は詳細に規定されていない。
【０００８】
残念なことに、上述したように、電力を発生させるためのこのような装置の効率は、その間に熱電池が挿置される熱源と冷熱源との間の温度差に非常に直接的に依存する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第２００５／０１７３３１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、航空機ガスタービン等用の電力を発生させるための装置を提供することであり、その装置により、航空機の燃料消費を著しく増加させることなく、熱電池から著しく改善された効率を得ることができるようになる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のこの目的を達成するために、航空機のガスタービン等で電力を発生させるための装置は、熱源を取り巻く１つの面を有する複数の熱電池を備えており、この装置は、冷熱源が前記熱電池の他の面の上を流れる低温流体によって構成されることを特徴としている。
【００１２】
この実施形態では、熱電池に適用される冷熱源を構成するのは、低温流体の流れであり、それによって、そのエネルギー効率を改善することが理解され得る。
【００１３】
好ましい第１の実施形態では、電力発生システムは、前記低温流体が、前記タービン用の燃料と、冷却油または潤滑油と、前記タービンの圧縮機から取り込まれる空気と、エンジンコンパートメントを冷却するための空気と、前記タービンの外側の空気とを含む群から選択されることを特徴とする。
【００１４】
前記リストの流体を用いると、特に冷却油や冷却燃料を用いると、高い冷却能力を生じさせるが、一方で、当然冷却油や冷却燃料は再生利用されるので、実質的にいかなる追加の燃料消費も招かないことが理解され得る。
【００１５】
第１の実施形態では、熱源は、排気ガスによる対流によって加熱される前記タービンのノズルの壁によって構成される。
【００１６】
他の実施形態では、システムは、前記低温流体が導かれる少なくとも１つの環状ゾーンによって前記冷熱源が構成されることを特徴とする。前記環状ゾーンの内壁は、前記熱電池の支持体と接触している。前記環状ゾーンの外壁は、外側ケーシングであり、これは、低温流体による対流によって冷却される。
【００１７】
また、装置は、冷熱源および排気ガスが交互に流れる同心の環状ゾーンが交互することによって特徴付けられることが好ましい。熱電池は、環状ゾーンのそれぞれの間に配置される。
【００１８】
環状ゾーンの間に挿置される熱電池を備えるこれらの環状ゾーンを有することによって、向流熱交換器が形成され、それによって電力発生装置の全体的な効率がかなり改善されることが理解され得る。
【００１９】
より詳細には、熱源は、（高温流体を構成する）排気ガスの一部分が外側半径に向かって螺旋運動によって流れる少なくとも１つの環状ゾーンによって、および低温流体が内側半径に向かって螺旋運動によって流れる少なくとも１つの環状ゾーンによって構成される。熱電池の少なくとも１つの環状組立体は、組立体の面のうちの一方が低温流体と接触しており、他方の面が高温流体と接触しており、それによって、向流筒型熱交換器を構成するように同軸に取り付けられる。
【００２０】
また、本発明は、たとえば全自動デジタルエンジン制御器（ＦＡＤＥＣ）、または電気モータによって駆動されるポンプなどの、電気によってガスタービンの補機に動力を供給するための、本発明の電力発生装置の使用も提供する。
【００２１】
最後に、本発明は、本発明の電力発生装置を含むヘリコプタタービンエンジンを提供する。前記装置の熱電池は、タービンエンジンの排気ノズルに取り付けられることが好ましい。
【００２２】
本発明の他の特徴および利点は、非限定的な例として挙げられる本発明のいくつかの実施形態についての次の説明を読むとより良く明らかになる。この説明は、添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】上述のように、本発明での使用に適した熱電池の１つの可能な実施形態を示す図である。
【図２】電力発生装置が装着されるのに適した航空機ガスタービンの長手方向の半断面図である。
【図３】電力発生装置の第１の実施形態を示す図である。
【図４】電力発生装置の第１の変形の実施形態を示す図である。
【図５Ａ】電力発生装置の全体的な効率を改善するための熱交換器が装着される航空機ガスタービンのノズルの斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ａの矢印ＶＢから見られるような熱交換器が装着されるノズルの端面図である。
【図６】冷熱源を構成するように燃料がどのように取り込まれ得るかについての例を示すダイヤグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図２は、本発明の電力発生装置が装着されるのに適した航空機ガスタービンの例を簡単化して示している。この図では、圧縮機ケーシング２６と、高圧タービンケーシング２８と、フリータービンケーシング３０と、出口ノズル３２とを有するガスタービン２４を見ることができる。また、前記ガスタービンのフリータービン３４の軸も見ることができる。
【００２５】
下で説明される電力発生装置の実施形態では、装置は、またガスタービンの出口ノズル３２と関連させて取り付けられる。装置は、随意に、タービンのどこかの他の高温部に配置されることもできる。
【００２６】
図３に示される第１の実施形態では、電力発生装置４０は、ノズル３２の外壁４２に直接取り付けられる。電力発生装置４０は、ノズル３２の壁４２の長さに沿って規則的に分布される環状組立体４４を形成するように、互いに関連付けられる熱電池の組によって構成されることが好ましい。当然、各環状リングは、電気的に互いに接続される図１に示されるタイプの熱電池の連続によって構成され、機械的支持体２２および２０は、ノズル３２の壁４２によって形成される回転面上に一緒に嵌合できるように可撓性がある。したがって、熱電変換素子４４の第１の面は、ヒートブリッジを介してノズル３２の壁４２の外面と接触しているが、一方で熱電変換素子４４の第２の面は、冷熱源ＳＦとしてこのように作用する外気と接触しており、ヒートブリッジを形成する外壁４８（場合により、分配器が装着される）が設けられることが好ましい。上で説明したように、熱源ＳＣは、ノズル３２内に流れ、かつ対流によってノズル３２の内壁４２を加熱する排気ガスＧによって構成される。
【００２７】
図４では、電力発生装置の変形の実施形態を見ることができ、そこでは、熱源ＳＣは、ノズル３２の壁４２によってやはり構成されるが、冷熱源ＳＦは、熱電変換素子４４の第２の面と接触している内壁４８と、外壁５０とによって画定される環状空間４６内の低温流体Ｆの流れによって構成される。これにより、バッフルには環状空間４６が設けられ得るので低温流体のよりよい流れ、および熱電池４４とのよりよい熱交換が得られる。また、この実施形態により、空気の他に何らかの低温流体、たとえば冷却油や冷却燃料を当然使用することができる。それにもかかわらず、ガスタービンのさまざまな部分から取り込まれる外気や低温空気を常に使用することができる。
【００２８】
図５Ａおよび図５Ｂは、電力発生装置の第３の実施形態を示している。
【００２９】
これらの図では、内壁として作用するノズル３２の壁４２と、ノズル３２の外壁である壁５１とを見ることができる。低温流体Ｆ（低温空気、冷却油、または冷却燃料）は、入口管５２を介して到達し、次いでノズルの中心に向かって螺旋運動を描いて進みながら、同心の環状ゾーン４６内に（対流によって正として定義される方向に）流れる。耐漏洩性の半径方向仕切り５９は、環状ゾーン４６の間の連通を可能にする管５３と関連させて低温流体が前記螺旋運動に従うように、この低温流体Ｆを方向付けるように配置される。最後の環状ゾーン（最も小さい半径）４６１において、低温流体Ｆは、管５４を通して外側に排出される。
【００３０】
高温流体Ｇ（ノズル排気ガス）は、入口管５５によってノズル排気ガスから取り込まれ、次いで、排気ガスゾーン３２から開始して、ノズルの外側に向かって螺旋運動を描いて進み、環状ゾーン５８内に（対流によって負として定義される方向に）流れる。耐漏洩性の仕切り５９’は、環状ゾーン５８を連通させる管５６と関連させて前記螺旋運動を描いて進むように、高温流体Ｇを流すように配置される。最後の（最も大きな半径の）環状ゾーン５８１では、高温流体Ｇは、管５７を介してノズル内の排気ガスの主流に戻される。
【００３１】
熱電池４４のいくつかの環状組立体は、各組立体の面のうちの一方が低温流体Ｆと接触しており、他方の面が高温流体Ｇと接触しているように同軸に取り付けられる。これは、向流筒型熱交換器を形成する。
【００３２】
図６は、低温流体が燃料によって構成される特殊な環境に関するものであり、これは、電力発生装置の冷熱源を構成する環状ゾーン４６（これは、図５Ｂの装置で説明されるように複数の同心状リングによって構成され得る）に燃料を送り込む１つの可能な方法を示している。図６では、高圧ポンプ６４に接続される低圧ポンプ６２を備える燃料タンク６０を見ることができ、この高圧ポンプ６４は、それ自体が燃焼室のインジェクタ６８に接続されるレギュレータ６６に加圧下で燃料を吐出する。燃料は、冷熱源を構成する環状ゾーン４６に燃料を送り込むために、低圧ポンプ６２の出口から低速で取り込まれる。燃料は、環状ゾーン４６を通って流れた後、管７０によって低圧ポンプ６２の入口に再噴射される。
【図１】
2012517789.tif 000003
【図２】
2012517789.tif 000004
【図３】
2012517789.tif 000005
【図４】
2012517789.tif 000006
【図５Ａ】
2012517789.tif 000007
【図５Ｂ】
2012517789.tif 000008
【図６】
2012517789.tif 000009
【国際調査報告】
2012517789.tif 000010
2012517789.tif 000011
2012517789.tif 000012
2012517789.tif 000013
2012517789.tif 000014
2012517789.tif 000015