专利名称：用于飞行器的热电发电的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于飞行器的发电系统和发电的方法。特别地，本发明涉及利用由飞行器系统产生的废热的用于飞行器的发电系统。
背景技术：
在现有技术中，由被发动机机械地驱动的发电机满足飞行器的电力需求。通常地，各个发动机可以具有与其附连的两个发电机。也已知提供例如辅助电力单元(APU)和冲压空气涡轮(RAT)的备用电源。这些电源均需要燃烧航空燃料以发电。对于附连至发动机的发电机而言，燃料燃烧的增加由发动机上的超出用于使飞行器移动的需求的额外的负载引起。对于RAT而言，通过将RAT暴露至外气流，从而引起额外的气动阻力，由该额外的气动阻力引起燃料燃烧的增加。另一方面，APU通常包括直接地燃烧自身的燃料供应的发动机。在各个情况下，必须燃烧燃料以对飞行器发电。
发明内容
本发明提供了一种用于飞行器的发电和配电系统，包括一个或更多热源和布置成从至少一个热源接收废热并将废热转化成电流的热电发电机，热电发电机与配电总线电连接，该配电总线可操作地将电力供应至飞行器电气系统。
以下，仅通过示例并参照附图来详细地描述本发明的实施例，其中
图1是体现本发明的发电和配电系统的示意 图2是热电发电装置的横截面 图3是安装于发动机排气处的热电发电装置的部分横截面 图4是热电发电装置的板的平面 图5是体现本发明的热电装置的电流-温差的图表；以及 图6是对应于图5的图表的电压-温差的图表。
具体实施例方式在图1 中，显不了 发电和配电系统(electrical power generation anddistribution system) I,包括均连接至相应的热电发电机6、7、8、9的多个热源2、3、4、5。主热源3、4显示于布置的中部，并包括用于驱动飞行器的第一发动机和第二发动机。发动机是飞行器上的最大的热产生者。次热源包括设于图1所示的布置的左部的环境控制系统(ECS) 2，该ECS负责维持飞行器中的温度状况和压力状况。ECS 2包括多个热交换器，该热交换器输出可被与其连接的热电发电机6使用的热。又一次热源包括连接至另一热电发电机9的APU 5。优选通过将发电机合并至APU的热管理系统中而形成APU 5和热电发电机9之间的连接。因此，发电机9有利地向APU提供冷却。
各个热电发电机6、7、8、9连接至单独的热源2、3、4、5，虽然在备选实施例中，热源均可以具有多个布置于热源周围以将来自该热源2、3、4、5的热的捕获量最大化的发电机。各个发电机6、7、8、9包括多个固态热电兀件。热电发电机6、7、8、9连接至飞行器的配电系统10，该配电系统10将电力分配至飞行器的各种负载。在优选实施例中，源自热的电力用于运行机舱系统和其他非重要的负载。能够由用于对飞行器发电的燃料电池来提供额外的热源。燃料电池可以以大致50%的效率运行，同时热电系统的效率通常接近37%，因此，导致燃料电池和热电装置的组合系统捕获其废热的整体效率接近68. 5%。图2是包括多个固态热电元件13、14、15、16、17、18的热电发电机6、7、8、9的部分
横截面图。热电元件被以η型材料和P型材料交替地掺杂并被夹在热传导层11、12之间。因此，编号为13、15以及17的元件为η型材料，同时编号为14、16以及18的元件为ρ型材料。在一个实施例中，热传导层11、12包括陶瓷基片。热源置于陶瓷基片12附近，该陶瓷基片12显示于图2中的发电机的顶部。在实践中，发电机6、7、8、9能够以任意合适的角度定向以从热源利用热26。电传导互联部件19、20、21、22、23、24、25交替地置于热电元件13-18的端部之间以允许电流的流动。根据赛贝克效应，来自热源的热26引起电荷载体从热电元件的热端扩散至热电元件的较冷端。这导致穿过装置的电流的流动。图3显示了贴附至飞行器发动机的排气区31的热电发电机3、4的部分横截面。发动机能够为任意类型的飞行器发动机。在实践中，热电发电机3、4能够完全地围绕排气区延伸。在使用中，热的废气排放`物穿过发动机的排气区，并且热26从排放物经由排气区31而被传递至热电发电机3、4的热接收表面12。相信每个发动机能够产生70kW的电能。能够在发动机的燃烧室区域建立甚至更高的温差，并且如果开发出合适的耐热材料，那么，该耐热材料也可以用作热能源。发电机3、4的外表面，即热传导层11，有利地暴露至飞行器外部的环境空气，因此确保连续地冷却外表面，并因而维持横跨被要求发电的发电机的温差。图4是根据本发明的实施例的可使用的一种形式的热电发电机3、4的平面图。热电发电机3、4包括能够具有3mXlm的尺寸的板。在热电发电机的制造中，板3、4由多个半导体元件构成，这些半导体元件串联地连接在一起，由此，横跨各个元件的电位差在运行中被总计。图5显示了热电发电机的电流-温差的图表。随着提高横跨发电机的温差，产生的电流非线性地增长。根据图6，横跨发电机的电压在激活温差Ta突然地增加，并且然后平稳，对于随后的温差的增长而增加少许。发电机产生直流电压，该直流电压用于以直流电力运行的许多飞行器负载。发电机6-9能够有利地在冷却模式运行。根据珀耳帖效应，如果外电流被施加至发电机，则冷却发生。在备选实施例中，热电发电机能够包括红外光电发电机。热电元件13-18形成阵列的一部分以形成元件的点阵，该阵列的一部分能够沿着阵列延伸并横穿阵列延伸。本发明的实施例通过开发废热，而不是将废热废弃，从而有利地降低了燃料用量。因此，本发明降低环境损害并降低成本。此外，本发明具有允许遍及飞行器的能量分配的更大的灵活性的优点。例如，能够更靠近能量产生的位置而使用能量。并且，如有需要，能够 通过产生直流电流而避免交流电流的校正。
权利要求
1.一种用于飞行器的发电和配电系统，包括 一个或更多热源、和 布置成从至少一个热源接收废热并将所述废热转化成电流的热电发电机，所述热电发电机与配电总线电连接，该配电总线可操作地将电力供应至飞行器电气系统。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或更多热源包括发动机排气区。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述一个或更多热源包括辅助电力单元。
4.根据上述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述一个或更多热源包括环境控制系统。
5.根据上述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述一个或更多热源包括燃料电池。
6.根据上述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述热电发电机包括一个或更多固态热电元件。
7.根据上述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述热电发电机包括交替的η型和P型半导体材料的元件。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述半导体元件通过电传导连接器而电连接至相邻的元件。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述半导体元件串联地电连接。
10.根据权利要求8或9所述的系统，其中，所述半导体元件并联地热连接。
11.根据上述权利要求中的任一项所述的系统，其中，在使用中，由所述发电机产生直流电压。
12.根据上述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述热电发电机包括红外光电装置。
13.一种实质上如参照附图在本文中描述的发电和配电系统。
全文摘要
本发明涉及用于飞行器的热电发电。具体而言，一种用于飞行器的发电和配电系统(1)，包括多个热源(2、3、4、5)和布置成从至少一个热源接收废热并将废热转化成电流的热电发电机(6、7、8、9)，热电发电机与配电总线(10)电连接，该配电总线(10)可操作地将电力供应至飞行器电气系统。
文档编号F01N5/02GK103061856SQ20121040909
公开日2013年4月24日 申请日期2012年10月24日 优先权日2011年10月24日
发明者A.希普利 申请人:通用电气航空系统有限公司