[发明专利]用于飞行器的热电发电

说明书

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。

附图说明

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；

图2是热电发电装置的横截面图；

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；

图4是热电发电装置的板的平面图；

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。

具体实施方式

在图1中，显示了发电和配电系统(electrical power generation and distribution system)1，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包括多个固态热电元件。

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n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n型材料，同时编号为14、16以及18的元件为p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。