[发明专利]用于机动车辆的热电发生器的具有热交换器的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于热电发生器的具有热交换器的装置，尤其用于布置在机动车辆的地板下部的区域中。

背景技术

来自机动车辆的内燃机的废气会释放热能，通常希望通过热电发生器来将所述热能转换为电能，以便例如为电池或一些其它的能源存储件充电和/或将所需的能源直接供给电力消耗器。以此方式，得到了更多的能量来操作机动车辆。通过使用热电发生器，进一步增加了内燃机的能量效率。

所述类型的热电发生器至少具有大量的（如果适当的话为模块化的）热电转换元件。热电材料是能以有效的方式将热能转换为电能（塞贝克效应）或相反（珀尔贴效应）的材料。塞贝克效应基于热能转化为电能的这一现象，并且用于产生热电能。珀尔贴效应与塞贝克效应相反，是与热吸附有关的现象，且由流过不同的材料的电流而产生。已经提出将珀尔贴效应例如用于热电冷却。

此类热电转化元件优选地具有多个位于所谓的热端和所谓的冷端之间的热电元件。热电元件包括例如至少两个半导体块体（p型和n型），其在它们的上侧和下侧（分别面对热端和冷端）交替地连接到导电桥。陶瓷片体或陶瓷涂层或其它塑料和/或相似材料充当绝缘金属桥，且因此优选地设置在金属桥之间。如果在半导体块体的两侧提供温度梯度，则会形成电势。在这种情况下，在一个接触点（热端）吸收热，电子从这一端传到下一块体的高能传导带。在另一端，电子释放能量以便返回低能级（冷端）。因此，在给定相应的温度梯度时可产生电流。

在热电发生器的设计和其在机动车辆中的应用中必须克服种种挑战。其中，在热电转化元件中必须提供良好的热传递，以使所存在的温度差能有效地转换为电能。此外，在内燃机的会在多种负载条件下操作的废气系统中，必须提供适合热电元件的温度水平。热电元件在这种装置或废气系统中的设置必须考虑到这些方面。包括热电元件的热电发生器的布置导致了这样的问题，即一方面，由于尽可能多的来自废气的热量需要用于生产电能，并且因此相应的封闭连接的布置将是有利的，另一方面，必须考虑受限的空间条件和所容许的最大温度。

发明内容

相应地，本发明的目的是至少部分地解决针对现有技术所提出的问题。尤其是寻求一种装置，其可以在内燃机的所有操作点处使用，并且在来自废气的热能转换中展现出高效率。另外，该装置应该具有尽可能节省空间的构造，并且尤其适合于布置在机动车辆的地板下部的区域中。另外，可以不需要笨重的集成措施而将装置可拆卸地安装到机动车辆中。

通过根据权利要求1的特征的装置达到了所述目的。独立权利要求中描述了根据本发明的装置的有利的实施方案。需要注意的是，权利要求中所单独描述的特征可以任何所期望的技术便利的方式彼此结合并且形成本发明的另外的实施方案。说明书尤其结合附图地进一步解释了本发明，并且描述了本发明的补充的示例性实施方案。

该装置具有热交换器，尤其用于布置到机动车辆的内燃机的废气系统中，所述热交换器具有至少一个具有用于流体的入口和出口的壳体。另外，所述热交换器具有内管道，所述内管道具有轴向方向、第一端侧、相反的第二端侧，以及具有开口的第一周向面。还设置有多个热交换器管道，所述热交换器管道平行于轴向方向地布置在第一周向面的外侧。壳体围绕着热交换器管道和内管道。入口流体式连接到第一端侧。另外，引导部件布置在热交换器管道之间，使得通过第一端侧进入到内管道中的流体从内管道沿径向方向流过热交换器管道，并且之后传递到流出管道中，所述流出管道沿径向方向看去位于热交换器管道和壳体之间。流体首先偏转到沿流出管道的轴向方向的流动方向上，其中流出管道流体式连接到出口。

壳体优选为圆的，尤其为正圆形或椭圆形/卵形，但是并非限于这种形状。尤其为内燃机的废气的流体通过入口流动到壳体中，并且沿轴向方向通过第一端侧流动到内管道中。内管道在其周向面上设置有开口。内管道的第二端侧尤其设计成使得其可以闭合，使得流体通过内管道的第一周向面中的开口沿径向方向离开内管道。在内管道的第一周向面外侧设置引导部件，所述引导部件尤其沿轴向方向和径向方向延伸，使得流体尤其是仅仅沿着沿径向方向流过布置在那里的引导部件和热交换器管道，并且因此进入到流出管道中，同时沿径向方向流动。尤其地，流出管道在整个周向上围绕着内管道、引导部件和热交换器管道。此处，流体再次偏转到轴向方向中，并且尤其在出口的方向上沿着壳体流动。