一种用于航空发动机的基于热电效应的余热回收系统技术方案

本发明专利技术提供一种用于航空发动机的基于热电效应的余热回收系统，涉及航空发动机技术领域，包括：第一热电装置，设置在发动机高温排气管道中，第一热电装置包括第一半导体热电单元，第一半导体热电单元的热端引入发动机高温排气，冷端引入发动机冷源；第二热电装置，第二热电装置包括第二半导体热电单元，第二半导体热电单元的热端设置在发动机机匣壁面，冷端引入发动机冷源，半导体热电单元将热能转换为电能；蓄电池，第一热电装置和第二热电装置的电能输出端分别连接蓄电池，以将产生的电能存储在蓄电池中

【技术实现步骤摘要】
一种用于航空发动机的基于热电效应的余热回收系统


[0001]本专利技术涉及航空发动机
，具体涉及一种用于航空发动机的基于热电效应的余热回收系统
。

技术介绍

[0002]航空发动机热管理系统担负着设计发动机各部件
、
系统之间以及飞机和发动机之间热量分配的重任，从而达到提高能量利用效率
、
实现系统优化设计的目的
。
[0003]随着近年来对发动机节能减排
、
绿色环保要求的不断提高，发动机节能
、
减排技术已经成为其技术发展最重要的方向之一
。
发动机燃料燃烧所释放的能量只有三分之一左右被有效利用，而有效回收与利用燃气轮机排气余热是推动和扩大燃气轮机发展的最有效途径
。
随着新一代航空发动机向宽空域
、
宽速域
、
飞行时间更长
、
多电化
、
自适应智能化
、
高能武器的携带以及红外隐身等方向发展，其能量消耗增大，但同时也导致大量的热量散失或直接排放到大气中，造成极大的浪费
。
但是在传统发动机结构中引入间冷器和回热器，虽然能够有效利用发动机排气余热提升其性能，但会导致发动机结构更复杂，同时制造难度和研制成本大幅增加
。
[0004]塞贝克温差发电是一种常见的余热回收技术
。
该技术旨在半导体热电材料两端形成温差，通过热电效应将热能直接转换为电能
。/>随着能源危机和环境污染问题的加剧以及高性价比热电材料的研发，使得温差发电技术在汽车
、
船舶
、
工业等领域备受关注
。
与引入间冷器和回热器技术相比，温差发电装置具有结构简单
、
可靠性高等优势，且不需要改动现有发动机核心部件结构
。
但目前在航空发动机领域中，缺乏适用于航空发动机温差发电技术的相关研究应用
。
基于此，需要对余热温差发电技术在航空发动机领域余热回收方向的可行性进行分析研究
。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本申请实施例提供一种用于航空发动机的基于热电效应的余热回收系统，以在不影响航空发动机核心部件结构的情况下回收利用发动机余热，提高能量利用效率，降低航空发动机热能的损失浪费，实现节能减排
。
[0006]本申请实施例提供以下技术方案：一种用于航空发动机的基于热电效应的余热回收系统，包括：第一热电装置，所述第一热电装置设置在发动机高温排气管道中，所述第一热电装置包括第一半导体热电单元，所述发动机高温排气管道中的高温排气作为热源引入所述第一半导体热电单元的热端，所述第一半导体热电单元的冷端引入发动机冷源，使所述热源和冷源在所述第一半导体热电单元的两端形成冷热温差后，将热能转换为电能；第二热电装置，所述第二热电装置包括第二半导体热电单元，所述第二半导体热电单元的热端设置在发动机机匣壁面上，以将所述发动机机匣壁面上的热量作为所述第二半导体热电单元的热源，所述第二半导体热电单元的冷端引入发动机冷源，使所述热源和
冷源在所述第二半导体热电单元的两端形成冷热温差后，将热能转换为电能；蓄电池，所述第一热电装置和所述第二热电装置的电能输出端分别连接所述蓄电池，以将产生的电能存储在蓄电池中
。
[0007]根据本申请一种实施例，所述第一半导体热电单元的
PN
结中的
P
型半导体和
N
型半导体上下对称分布，所述
P
型半导体和所述
N
型半导体的冷端分别设置冷端绝缘板，所述
P
型半导体和所述
N
型半导体的热端分别设置热端绝缘板，且所述
P
型半导体的冷端和所述
N
型半导体的冷端相向间隔设置，使冷端之间形成冷源通道，所述
P
型半导体的冷端与所述
N
型半导体的冷端之间通过铜柱连接，所述热端绝缘板的外侧分别阵列排布肋片结构，以通过所述肋片结构形成热源通道
。
[0008]根据本申请一种实施例，所述第二半导体热电单元的
PN
结中的
P
型半导体和
N
型半导体间隔交叉排布，所述
P
型半导体和
N
型半导体的冷端分别设置上冷端绝缘板和下冷端绝缘板，所述上冷端绝缘板和下冷端绝缘板之间通过
U
型铜柱连接，以在所述上冷端绝缘板和所述下冷端绝缘板之间形成冷源通道，所述
P
型半导体和
N
型半导体的热端设置热端绝缘板，所述热端绝缘板设置在所述发动机机匣壁面上
。
[0009]根据本申请一种实施例，所述发动机机匣壁面上开设凹槽或安装孔，以将所述热端绝缘板固定设置在所述凹槽或安装孔中
。
[0010]根据本申请一种实施例，所述第一热电装置还包括设置在热源与所述第一半导体热电单元的热端之间的热端换热装置，用于使热源通过所述热端换热装置后将高温热量传递至所述第一半导体热电单元的热端；所述第一热电装置还包括设置在冷源与所述第一半导体热电单元的冷端之间的冷端换热装置，用于使冷源通过所述冷端换热装置后将低温热量传递至所述第一半导体热电单元的冷端
。
[0011]根据本申请一种实施例，所述第二热电装置还包括设置在冷源与所述第二半导体热电单元的冷端之间的冷端换热装置，用于使冷源通过所述冷端换热装置后将低温热量传递至所述第二半导体热电单元的冷端
。
[0012]根据本申请一种实施例，还包括继电器，所述第一热电装置和所述第二热电装置的电能输出端与所述蓄电池之间的连接电路上设置所述继电器，用于在所述蓄电池充满电后通过所述继电器将电路断开，避免负荷过载，当所述蓄电池的电量低于设定阈值后通过所述继电器自动连接充电
。
[0013]根据本申请一种实施例，还包括稳压器，所述稳压器设置在所述蓄电池的电能输出端，使电能从所述蓄电池中释放后，经过所述稳压器后输送至电气设备
。
[0014]根据本申请一种实施例，所述发动机冷源为低温引气，或发动机燃油
。
[0015]根据本申请一种实施例，所述低温引气包括冲压空气
、
外涵道空气
、
进气道空气中的一种或多种
。
[0016]与现有技术相比，本专利技术实施例能够在不影响航空发动机核心部件结构的情况下回收利用发动机排气余热
。
同时用于温差发电的热电装置具有结构简单
、
可靠性高等优势
。
[0017]本专利技术中，将发动机运行过程中产生的高温排气作为热源，低温引气作为冷源
。
二者在热电装置半导体材料两端充分换热，使其形成温差，在热电效应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于航空发动机的基于热电效应的余热回收系统，其特征在于，包括：第一热电装置，所述第一热电装置设置在发动机高温排气管道中，所述第一热电装置包括第一半导体热电单元，所述发动机高温排气管道中的高温排气作为热源引入所述第一半导体热电单元的热端，所述第一半导体热电单元的冷端引入发动机冷源，使所述热源和冷源在所述第一半导体热电单元的两端形成冷热温差后，将热能转换为电能；第二热电装置，所述第二热电装置包括第二半导体热电单元，所述第二半导体热电单元的热端设置在发动机机匣壁面上，以将所述发动机机匣壁面上的热量作为所述第二半导体热电单元的热源，所述第二半导体热电单元的冷端引入发动机冷源，使所述热源和冷源在所述第二半导体热电单元的两端形成冷热温差后，将热能转换为电能；蓄电池，所述第一热电装置和所述第二热电装置的电能输出端分别连接所述蓄电池，以将产生的电能存储在蓄电池中
。2.
根据权利要求1所述的用于航空发动机的基于热电效应的余热回收系统，其特征在于，所述第一半导体热电单元的
PN
结中的
P
型半导体和
N
型半导体上下对称分布，所述
P
型半导体和所述
N
型半导体的冷端分别设置冷端绝缘板，所述
P
型半导体和所述
N
型半导体的热端分别设置热端绝缘板，且所述
P
型半导体的冷端和所述
N
型半导体的冷端相向间隔设置，使冷端之间形成冷源通道，所述
P
型半导体的冷端与所述
N
型半导体的冷端之间通过铜柱连接，所述热端绝缘板的外侧分别阵列排布肋片结构，以通过所述肋片结构形成热源通道
。3.
根据权利要求1所述的用于航空发动机的基于热电效应的余热回收系统，其特征在于，所述第二半导体热电单元的
PN
结中的
P
型半导体和
N
型半导体间隔交叉排布，所述
P
型半导体和
N
型半导体的冷端分别设置上冷端绝缘板和下冷端绝缘板，所述上冷端绝缘板和下冷端绝缘板之间通过
U
型铜柱连接，以在...

【专利技术属性】
技术研发人员：周雷，王建，娄德仓，钟世林，袁彪，马庆辉，
申请(专利权)人：中国航发四川燃气涡轮研究院，
类型：发明
国别省市：