用于预冷却器排气能量回收的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及用于预冷却器排气能量回收的方法和系统。提供了一种用于在能量回收系统(200)中产生电功率的辅助源的系统。能量回收系统(200)包括压缩机空气供应预冷却器(202)，预冷却器包括构造成在预冷却器入口(208)和预冷却器出口(210)之间引导压缩机放出空气(206)的第一流路(204)。预冷却器(202)还包括构造成在预冷却器冷却剂入口(216)和预冷却器冷却剂出口(218)之间引导冷却剂(214)的第二流路(212)。预冷却器(202)构造成冷却来自放出空气源(236,238)的压缩机放出空气(206)。该系统还包括与预冷却器冷却剂出口(218)流连通地联接的热电式发电机(222)。

Method and system for exhaust energy recovery of a pre cooler

The present invention relates to a method and a system for the exhaust energy recovery of a pre cooler. A system for generating an auxiliary power of an electric power in an energy recovery system (200) is provided. Energy recovery system (200) comprises a compressor air supply pre cooler (202), including pre cooler configured in the pre cooler entrance (208) and the pre cooler outlet (210) between the compressor bleed air guide (206) of the first flow path (204). The pre cooler (202) also includes a second path (212) configured to guide the coolant (214) between the pre cooler coolant inlet (216) and the pre cooler coolant outlet (218). A pre cooler (202) is configured to cool out air (206) from a compressor that releases the air source (236238). The system also includes a thermoelectric generator (222) that is coupled to the flow of the coolant outlet (218) of the pre cooler.

【技术实现步骤摘要】
用于预冷却器排气能量回收的方法和系统
本公开的领域大体涉及燃气涡轮发动机，且更具体而言涉及用于从燃气涡轮发动机中的预冷却器排气产生电力的方法和系统。
技术介绍
至少一些已知的飞行器环境控制系统供应有发动机放出空气。环境控制系统(通常称作ECS系统)结合各件设备，诸如调节阀、换热器以及构造成预处理发动机放出空气的系统中的其它装置。压缩机放出空气由换热器中的风扇空气冷却且然后传送至环境控制系统以用于控制机舱空气新鲜度、压力和温度。从发动机压缩机取得飞行器放出空气对推进循环和发动机寿命具有副作用。需要发动机涡轮功率以压缩空气且是压缩机低效的原因。因此，额外燃料消耗与燃气涡轮发动机压缩机放出空气(不产生推力的空气)相关联。在发动机燃烧器中燃烧的此额外燃料造成传送至发动机涡轮的较高空气温度以及涡轮叶片寿命的降低。这种损失由发动机涡轮提供与放出空气相关联的额外功率而导致。由于压缩机放出排放的不连续本质，放出空气不能够正好在用于飞行器防冰和ECS系统所需的正确压力下提供。通常仅提供两个放出端口。因此，供应超过最小压力需要的放出空气，相比于由飞行器系统将需要的对发动机循环造成甚至更高损失。放出空气不仅在高于需要的压力下，而且其过热以至于不能直接供飞行器防冰和ECS系统使用。为了点火安全的原因，最高的放出空气温度通常限于350°F至500°F。温度控制需要利用预冷却器来冷却放出空气。大多数现代发动机使用风扇空气以冷却压缩机放出空气。风扇空气的使用对燃料消耗施加额外损失。此外，预冷却器通常较大且可需要产生阻碍的风扇进气口。在一些情况下，典型大涡扇发动机可消耗大约2%的额外燃料且在热大约20°F的涡轮温度下运行以提供飞行器系统放出空气。
技术实现思路
在一个方面，一种放出空气供应系统包括压缩机空气供应预冷却器，其包括构造成在预冷却器入口和预冷却器出口之间引导压缩机放出空气的第一流路。预冷却器还包括构造成在预冷却器冷却剂入口和预冷却器冷却剂出口之间引导冷却剂的第二流路。预冷却器构造成冷却来自放出空气源的压缩机放出空气。该系统还包括与预冷却器冷却剂出口流连通地联接的热电式发电机。在另一个方面，一种产生电功率的辅助源的方法包括：将飞行器发动机风扇空气流的一部分引导至换热器，在换热器中使用飞行器发动机风扇空气流的该部分冷却放出空气流，以及在与换热器流连通地联接的热电式发电机中产生电能。在还有另一个方面，一种涡扇发动机包括核心发动机(其包括多级压缩机)、由核心发动机中产生的气体驱动的动力涡轮供能的风扇以及至少部分地环绕核心发动机和风扇的风扇旁通管道。涡扇发动机还包括燃气涡轮发动机能量回收系统，其包括压缩机空气供应预冷却器，预冷却器包括构造成在预冷却器入口和预冷却器出口之间引导压缩机放出空气的第一流路。预冷却器还包括构造成在预冷却器冷却剂入口和预冷却器冷却剂出口之间引导冷却剂的第二流路。预冷却器构造成冷却来自放出空气源的压缩机放出空气。涡扇发动机还包括与预冷却器冷却剂出口流连通地联接的热电式发电机。技术方案1.一种燃气涡轮发动机能量回收系统，包括：压缩机空气供应预冷却器，其包括构造成在预冷却器入口和预冷却器出口之间引导压缩机放出空气的第一流路，所述预冷却器还包括构造成在预冷却器冷却剂入口和预冷却器冷却剂出口之间引导冷却剂的第二流路，所述预冷却器构造成冷却来自放出空气源的压缩机放出空气；以及与所述预冷却器冷却剂出口流连通地联接的热电式发电机。技术方案2.根据技术方案1所述的系统，其中，所述热电式发电机包括构造成从所述预冷却器冷却剂出口接收加热空气的流的入口。技术方案3.根据技术方案1所述的系统，其中，所述预冷却器出口与环境控制系统(ECS)流连通地联接。技术方案4.根据技术方案1所述的系统，其中，所述预冷却器包括与冷却空气源流体连通的空气-空气换热器。技术方案5.根据技术方案4所述的系统，其中，所述冷却空气源包括风扇空气的一部分。技术方案6.根据技术方案1所述的系统，其中，所述放出空气源包括定位在所述压缩机的第一级和末级之间的低压放出空气端口以及定位在所述低压放出空气端口和所述压缩机的所述末级之间的高压放出空气端口中的至少一者。技术方案7.根据技术方案1所述的系统，其中，所述放出空气源可在低压放出空气端口和高压放出空气端口之间选择。技术方案8.根据技术方案1所述的系统，其中，所述热电式发电机包括热电模块，所述热电模块包括第一表面和相对的第二表面，所述热电模块构造成当跨过所述第一表面和所述第二表面维持热梯度时根据塞贝克效应产生电力电流。技术方案9.根据技术方案1所述的系统，其中，所述热电式发电机包括热电模块，所述热电模块包括与所述预冷却器冷却剂出口流连通地联接的第一表面以及与相对冷的冷却流体的流流连通地联接的相对的第二表面。技术方案10.根据技术方案1所述的系统，其中，所述热电式发电机包括以热电模块的堆叠相对于彼此相邻地定位的多个热电模块，所述热电模块间隔开以在所述多个热电模块的相邻热电模块之间提供流动通道。技术方案11.根据技术方案1所述的系统，其中，所述热电式发电机包括碲化铋(Bi2Te3)、碲化铅(PbTe)和锗化硅(SiGe)中的至少一者。技术方案12.根据技术方案1所述的系统，其中，所述热电式发电机包括纳米尺度特征，所述纳米尺度特征包括本体半导体材料中形成的纳米界面、纳米线和纳米颗粒中的至少一者。技术方案13.一种产生电功率的辅助源的方法，所述方法包括：将飞行器发动机风扇空气流的一部分引导至换热器；在所述换热器中使用飞行器发动机风扇空气流的所述部分冷却放出空气流；以及在与所述换热器流连通地联接的热电式发电机中产生电能。技术方案14.根据技术方案13所述的方法，其中，在热电式发电机中产生电能包括在包括碲化铋(Bi2Te3)、碲化铅(PbTe)和锗化硅(SiGe)中的至少一者的热电式发电机中产生电能。技术方案15.根据技术方案13所述的方法，其中，在热电式发电机中产生电能包括在包括本体半导体材料中形成的纳米界面、纳米线和纳米颗粒中的至少一者的热电式发电机中产生电能。技术方案16.根据技术方案13所述的方法，其中，在热电式发电机中产生电能包括在包括Ag1−xPbmSbTe2+m的热电式发电机中产生电能。技术方案17.一种涡扇发动机，包括：核心发动机，其包括多级压缩机；风扇，其由所述核心发动机中产生的气体驱动的动力涡轮提供动力；风扇旁通管道，其至少部分地环绕所述核心发动机和所述风扇；以及燃气涡轮发动机能量回收系统，其包括：压缩机空气供应预冷却器，其包括构造成在预冷却器入口和预冷却器出口之间引导压缩机放出空气的第一流路，所述预冷却器还包括构造成在预冷却器冷却剂入口和预冷却器冷却剂出口之间引导冷却剂的第二流路，所述预冷却器构造成冷却来自放出空气源的压缩机放出空气；以及与所述预冷却器冷却剂出口流连通地联接的热电式发电机。技术方案18.根据技术方案17所述的发动机，其中，所述热电式发电机包括构造成从所述预冷却器冷却剂出口接收加热空气的流的入口。技术方案19.根据技术方案17所述的发动机，其中，所述热电式发电机包括热电模块，所述热电模块包括第一表面和相对的第二表面，所述热电模块构造成当跨过所述第一表面和所述第二表面维持热梯度时根据塞贝克本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃气涡轮发动机能量回收系统(200)，包括：压缩机空气供应预冷却器(202)，其包括构造成在预冷却器入口(208)和预冷却器出口(210)之间引导压缩机放出空气(206)的第一流路(204)，所述预冷却器(202)还包括构造成在预冷却器冷却剂入口(216)和预冷却器冷却剂出口(218)之间引导冷却剂(214)的第二流路(212)，所述预冷却器(202)构造成冷却来自放出空气源(236,238)的压缩机放出空气(206)；以及与所述预冷却器冷却剂出口(218)流连通地联接的热电式发电机(222)。

【技术特征摘要】
2015.12.07 US 14/9610571.一种燃气涡轮发动机能量回收系统(200)，包括：压缩机空气供应预冷却器(202)，其包括构造成在预冷却器入口(208)和预冷却器出口(210)之间引导压缩机放出空气(206)的第一流路(204)，所述预冷却器(202)还包括构造成在预冷却器冷却剂入口(216)和预冷却器冷却剂出口(218)之间引导冷却剂(214)的第二流路(212)，所述预冷却器(202)构造成冷却来自放出空气源(236,238)的压缩机放出空气(206)；以及与所述预冷却器冷却剂出口(218)流连通地联接的热电式发电机(222)。2.根据权利要求1所述的系统(200)，其特征在于，所述热电式发电机(222)包括构造成从所述预冷却器冷却剂出口(218)接收加热空气的流(226)的入口(224)。3.根据权利要求1所述的系统(200)，其特征在于，所述预冷却器出口(210)与环境控制系统(ECS)(228)流连通地联接。4.根据权利要求1所述的系统(200)，其特征在于，所述预冷却器(202)包括与冷却空气源(214)流体连通的空气-空气换热器。5.根据权利要求4所述的系统(200)，其特征在于，所述冷却空气源(214)包括风扇空气的一部分。6.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：MEH森诺恩，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US