[發明專利]用于利用從渦輪發動機生成的廢熱的熱電元件的紊流布置

有效

• 申請號: 201110229114.X
• 申請日: 2011-08-03
• 公開（公告）號: CN102345490A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 發明（設計）人: H·森達拉姆;M·A·肯尼;K·B·莫里
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F01N5/02
• 分類號: F01N5/02;H01L35/32;H01L35/30
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;譚祐祥

技術領域

本發明大體涉及渦輪發動機，并且更具體地涉及使用熱電元件的紊流(turbulated)布置用于利用從渦輪發動機生成的廢熱。

背景技術

為了解決升高的燃料成本和對更高效、環保功率系統和工業設施增加需求的挑戰，開發了廢熱回收技術，其將來自從燃氣渦輪生成的廢氣流的廢熱轉換成可用的電力。由熱電元件形成的熱電模塊是一種用于從渦輪發動機生成的廢熱發電的方案。但是，大部分熱電模塊方案具有相對較低的轉換效率。因此，這些類型的熱電模塊在發電中具有有限的應用。

發明內容

在本發明的一個實施例中，提供一種系統，其包括渦輪發動機和熱電模塊。在此實施例中，渦輪發動機燃燒燃料且生成熱廢氣。熱電模塊位于渦輪發動機內且將從渦輪發動機生成的熱廢氣轉換成電能。熱電模塊包括串聯且熱并聯的多個熱電元件的紊流布置。多個熱電元件中的每個包括在熱接頭和冷接頭處彼此聯接的第一熱電材料和第二熱電材料。冷接頭涂覆有增加冷接頭處的抗傳導性(conductive?resistance)的熱屏障，從而降低冷接頭處的溫度。熱接頭與冷接頭熱并聯，其中在熱接頭與冷接頭之間產生溫度梯度。所生成的電能是在熱接頭與冷接頭之間產生的溫度梯度的函數。

在本發明的另一實施例中，提供一種渦輪發動機。在本發明的此實施例中，該渦輪發動機包括：壓縮機；燃燒器，其接收來自壓縮機的空氣與燃料的混合物用于混合物的燃燒；以及渦輪，其使來自壓縮機的空氣與燃料的燃燒所生成的熱氣膨脹用于轉換成機械旋轉能。該渦輪發動機還包括熱電模塊，其將從渦輪生成的熱廢氣轉換成熱電能。該熱電模塊包括位于渦輪的殼體內在渦輪發動機的熱廢氣端處的多個熱電元件的紊流布置。多個熱電元件中的每個包括在熱接頭和冷接頭處彼此聯接的第一熱電材料和第二熱電材料。冷接頭涂覆有增加冷接頭處的抗傳導性的熱屏障，從而降低冷接頭處的溫度。在熱接頭與冷接頭之間產生溫度梯度，其中所生成的熱電能是在熱接頭與冷接頭之間產生的溫度梯度的函數。

在本發明的第三實施例中，提供一種燃氣渦輪發動機。在本發明的此實施例中，該燃氣渦輪發動機包括：多個電氣構件；壓縮機；燃燒器，其接收來自壓縮機的空氣與燃料的混合物用于所述混合物的燃燒；以及渦輪，其使來自壓縮機的空氣與燃料的燃燒所生成的熱氣膨脹用于轉換成機械旋轉能。該燃氣渦輪發動機還包括熱電模塊，其將從渦輪發動機生成的熱廢氣轉換成熱電能。該熱電模塊包括位于渦輪發動機的殼體內在渦輪發動機的熱廢氣端處的多個熱電元件的紊流布置。多個熱電元件中的每個包括在熱接頭和冷接頭處彼此聯接的第一熱電材料和第二熱電材料。冷接頭涂覆有增加冷接頭處的抗傳導性的熱屏障，從而降低冷接頭處的溫度。在熱接頭與冷接頭之間產生溫度梯度，其中所生成的熱電能是在熱接頭與冷接頭之間產生的溫度梯度的函數。熱電模塊使用熱電能來為多個電氣構件供電。

附圖說明

圖1是根據本發明的一個實施例的燃氣渦輪發動機的示圖，其采用具有熱電元件的紊流布置的熱電模塊；

圖2是根據本發明的一個實施例的圖1所示的熱電模塊的熱電元件的紊流布置相對于渦輪發動機的殼體在熱廢氣端處的更詳細視圖。

部件列表：

100????燃氣渦輪發動機

105????壓縮機

110????軸

115????渦輪區段

120????燃燒器

125????壓縮機轉子葉片

130????壓縮機定子葉片

135????渦輪轉子葉片

140????渦輪定子葉片

145????熱廢氣端

150????熱電模塊

155????渦輪殼體

160????熱廢氣端殼體

165????電氣構件

200????熱電元件

205????第一熱電材料

210????第二熱電材料

215????熱接頭

220????冷接頭

225????熱屏障

235????熱電電壓

具體實施方式

參看附圖，圖1是燃氣渦輪發動機100的示意圖，其中可使用根據本發明的一個實施例的熱電模塊150。本領域技術人員應了解本發明的實施例并不限于用于燃氣渦輪發動機。本發明的實施例可用于燃氣渦輪發動機，諸如在發電和飛機中所用的發動機，蒸汽渦輪發動機和其它類型的旋轉發動機和機電機器，其中需要從渦輪發動機生成的廢熱發電。