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WO2011107282A1 - Vorrichtung zur abgaswärmenutzung - Google Patents

Vorrichtung zur abgaswärmenutzung Download PDF

Info

Publication number
WO2011107282A1
WO2011107282A1 PCT/EP2011/001051 EP2011001051W WO2011107282A1 WO 2011107282 A1 WO2011107282 A1 WO 2011107282A1 EP 2011001051 W EP2011001051 W EP 2011001051W WO 2011107282 A1 WO2011107282 A1 WO 2011107282A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
flow
flow channel
heat
teg module
teg
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/001051
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Vitek
Martin Adldinger
Boris Kienle
Robin Willats
Original Assignee
Faurecia Emissions Control Technologies, Germany Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE202010003049U external-priority patent/DE202010003049U1/de
Priority claimed from DE202010007872U external-priority patent/DE202010007872U1/de
Application filed by Faurecia Emissions Control Technologies, Germany Gmbh filed Critical Faurecia Emissions Control Technologies, Germany Gmbh
Publication of WO2011107282A1 publication Critical patent/WO2011107282A1/de

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
    • F01N5/025—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat the device being thermoelectric generators
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/13—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the heat-exchanging means at the junction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2410/00—By-passing, at least partially, exhaust from inlet to outlet of apparatus, to atmosphere or to other device
    • F01N2410/02—By-passing, at least partially, exhaust from inlet to outlet of apparatus, to atmosphere or to other device in case of high temperature, e.g. overheating of catalytic reactor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a device for exhaust heat utilization in internal combustion engines of motor vehicles.
  • the exhaust heat is transferred by means of a heat exchanger to the cooling medium of a cooling circuit in order to achieve the fastest possible and uniform heating of the individual engine components via the cooling circuit.
  • the desired operating temperature can be achieved faster and beyond the component wear, the fuel consumption and pollutant emissions to reach the operating temperature significantly reduced.
  • thermoelectric generator modules (hereinafter TEG modules) are already known from the prior art, which convert thermal energy into electrical energy and can be used in exhaust systems.
  • Such a device for exhaust heat utilization by means of TEG modules is described for example in JP 11229867 A.
  • a bypass line is provided in this Japanese document, which upstream of the Device for exhaust heat utilization branches off an exhaust pipe and opens downstream of the device for exhaust heat recovery again in the exhaust pipe.
  • the distribution of the exhaust gas flow between the exhaust pipe and the bypass line is adjusted by an electrically operated flow control valve.
  • This proposed bypass construction is intended to prevent overheating of the TEG modules, but also has a high space and material requirements for pipelines, whereby the assembly is expensive and the overall system is expensive.
  • the object of the invention is to provide a compact and inexpensive device for waste heat recovery.
  • the TEG module is directly flown by the hot and / or cold medium. This means that the prefabricated unit TEG module is located in the flow of the hot exhaust gas and / or the coolant. This prevents heat losses and increases the temperature difference acting on the TEG module.
  • the TEG module with its hot and / or cold side directly from hot or cold fluid, which is guided in a flow channel, flows.
  • the cold medium is in particular a liquid coolant, in particular the coolant of the cooling circuit of the internal combustion engine.
  • the TEG module flows directly from the hot exhaust gas as well as from the liquid coolant, it forms part of the exhaust gas duct wall.
  • the wall has openings in which a TEG module is housed. According to the preferred embodiment, the TEG module is adhered to the wall.
  • the tightness in the region of the opening can be optimized by the fact that the TEG module protrudes laterally relative to the wall and thus rests with this projecting edge on the edge of the opening.
  • An embodiment of the invention provides that a second flow channel is provided, which is spaced from the TEG module. This flow channel is defined by a separate wall on which the TEG module is not seated. The second flow channel allows a portion of the hot exhaust gas or all of the hot exhaust gas to pass therethrough, limiting the amount of heat transferred to the TEG module via the hot exhaust and protecting the TEG module from thermal overload ,
  • the second flow channel forms a bypass, which is selectively flowed through by a control device, in particular by a valve, according to the preferred embodiment.
  • the valve is for example a flap.
  • a device for exhaust heat utilization in internal combustion engines of motor vehicles with a gas-flow-through housing having an inlet for an inlet pipe and an outlet for an outlet pipe, at least one thermoelectric generator module or heat exchanger, the or received in the housing and / or is fixed to the housing, and a control element for influencing the exhaust gas flow within the housing, wherein the inlet and the outlet are connected both via a first flow channel adjacent to the at least one thermoelectric generator module or the heat exchanger and with this heat-conducting is coupled, as well as by a second flow channel, which is spaced from the at least one thermoelectric generator module, wherein the two flow channels are formed in the interior of the housing.
  • the device preferably also has a sound-damping effect.
  • a wall of at least one flow channel has, at least in sections, a gas-permeable surface. Sound insulation material, wherein the wall is preferably coated with the soundproofing material.
  • the soundproofing material may also be formed as a heat shield in this embodiment.
  • the device for exhaust heat utilization Because of the compact design of the device for exhaust heat utilization, it can namely by thermal radiation, for example, then come to a loading of the at least one TEG module or heat exchanger, if only the at least one TEG module or heat exchanger spaced second flow channel is flowed through by the exhaust gas. Due to the advantageous function of the soundproofing material as a heat shield, this undesired effect can be minimized or eliminated, so that the thermal influence of the exhaust gas flow in the second flow channel on the at least one TEG module or the heat exchanger is negligible.
  • the soundproofing material used is preferably a metal foam, a metal mesh or a microperforated wall. All these materials have a sound-damping effect, are simple and inexpensive to produce and have a high heat resistance.
  • the two flow channels are in flow communication via a gas-permeable soundproofing material. As a result, a particularly good sound attenuation can be realized.
  • the soundproofing material preferably has a gas permeability with which a flow resistance between the two flow channels through the soundproofing material is at least a factor of 5 higher than a flow resistance of the individual flow channels from the inlet to the outlet.
  • gas permeability causes excellent sound damping and, on the other hand, ensures that the mass flow between the two flow channels through the soundproofing material is negligible.
  • a tube extends inside the housing, wherein the second flow channel are defined by a tube cross-section and the first flow channel through an annular space between the tube and the housing surrounding the tube. This construction for the formation of two parallel flow channels is extremely compact, easy to manufacture and very inexpensive.
  • the tube is at least partially enclosed by a gas-permeable soundproofing layer.
  • a gas-permeable soundproofing layer This leads, as already mentioned, to an advantageous sound damping in the device and with a formation of the soundproofing layer as a heat shield in addition to a thermal decoupling of the two directly adjacent flow channels.
  • the tube whose tube cross-section defines the first flow channel, can also be perforated in the area of the soundproofing layer.
  • the perforation has a very advantageous effect on the sound attenuation of the device for exhaust heat recovery.
  • At least one TEG module is provided which is heat-conductively attached to the housing.
  • An attachment to the housing can be realized with little effort, allows good heat conduction between the at least one TEG module and the first flow channel and a far-reaching thermal decoupling between the at least one TEG module and the second flow channel.
  • the housing comprises at least two interconnected sheet metal shells. These sheet metal can be stamped with little effort from sheet metal blanks and then formed, resulting in a very inexpensive production of the housing results.
  • each flow channel is formed by an embossed portion of a first sheet metal shell and an embossed portion of a second sheet metal shell.
  • the closed channel cross section can be produced in the simplest way in terms of forming technology.
  • a center axis of the inlet and a center axis of the outlet are aligned in parallel and spaced from one another. standet. This allows easy integration of the device in an exhaust system of the motor vehicle.
  • thermoelectric generator modules are combined to form a flow-through assembly and arranged in the first flow channel, wherein the assembly is transversely, preferably substantially perpendicular to a central axis of the inlet or the outlet can flow.
  • a transverse, preferably substantially perpendicular to a central axis of the inlet or outlet through which a heat exchanger is arranged in the first flow channel is deflected and slowed down, which allows a particularly effective use of thermal exhaust energy through the heat exchanger.
  • the first flow channel may open into the second flow channel downstream of the at least one TEG module or heat exchanger.
  • a cooling circuit is preferably provided which is thermally conductively coupled to the at least one TEG module.
  • a "hot side" of the at least one TEG module with the hot exhaust gas flow and a "cold side” of the at least one TEG module with the cold coolant of the cooling circuit heat-conductively connected so that via the TEG modules a particularly effective conversion of thermal Energy takes place in electrical energy.
  • the control element has a valve flap for influencing the flow components in the first and second flow channels. By regulating the exhaust gas flow in the first flow channel by means of the valve flap, overheating of the TEG modules or the heat exchanger can be reliably prevented.
  • control element is arranged in the region of the inlet at the branch point of the flow channels.
  • control element is arranged on the second flow channel and can close or at least partially release a flow cross-section of the second flow channel.
  • the invention also relates to a thermoelectric generator having a first carrier ceramic associated with a heat source, a second carrier ceramic associated with a heat sink and a plurality of semiconductor elements disposed between the two carrier ceramics.
  • thermoelectric generator more precisely the two carrier ceramics and the semiconductor elements, forms a TEG module in a special design.
  • such a TEG module can be used to convert the temperature difference between the heat source and the heat sink into an electric current. It makes sense to operate the thermoelectric generator either with the temperature difference between the cooling water of the internal combustion engine and the environment or the temperature difference between the exhaust gas and the environment.
  • thermoelectric generator Important for a good efficiency and the highest possible performance of the thermoelectric generator is a good heat transfer to the two carrier ceramics.
  • the TEG module has usually been mechanically clamped, so that the carrier ceramic is pressed, for example on the side of the heat source, against the wall of an exhaust pipe and on the side of the heat sink against a cooling plate.
  • quite high pressures on the order of up to 200 psi are necessary to ensure good heat transfer to the carrier ceramic.
  • the TEG module is directly flown by the cooling fluid or the hot exhaust gas.
  • the TEG module is a prefabricated component which is installed as a whole.
  • the object of the invention is to reduce the effort for the attachment of the TEG module and for maintaining a good heat transfer to the carrier ceramic.
  • the heat source or heat sink is no longer provided as a separate component to the TEG module, but either so far integrated that the carrier ceramic is an integral part of the heat source or the heat sink, or at least cohesively with the heat source or the heat sink is connected.
  • the mechanical separation between the carrier ceramic and the heat source or the heat sink is avoided, which has hitherto required a high mechanical pressure force in order to ensure a good heat transfer.
  • the cohesive connection can be formed in particular by a layer of a solder material. This ensures a very good heat transfer from the heat source or heat sink to the corresponding carrier ceramic.
  • the carrier ceramic is provided with a metal coating, with which the solder material is connected.
  • the metal coating ensures that the solder material makes a good connection.
  • the solder material is an active solder, which is connected directly to the carrier ceramic. Such an active solder avoids the need to first metallize the carrier ceramic before it can be soldered.
  • the cohesive connection can also be formed by a layer of a thermally conductive adhesive.
  • a thermal adhesive ensures a very good heat transfer, which is even better than with solder material.
  • the heat source or heat sink may be a cooling water-conducting component.
  • the engine cooling water heated by the internal combustion engine can serve as a heat source for the TEG module, in which case the ambient temperature serves as a heat sink.
  • the heat source or heat sink is a heat exchanger.
  • Such a heat exchanger for example, be a so-called auxiliary heater for a motor vehicle, with the exhaust gas of the internal combustion engine heat energy can be withdrawn.
  • the heat source is an exhaust gas-carrying component. This makes it possible to use a very large temperature gradient relative to the environment for power generation.
  • a cooling plate can be used, so that comparatively large amounts of heat can be released to the environment with little effort.
  • the carrier ceramic is provided with a plurality of heat transfer ribs. This makes it possible to use the carrier ceramic directly without the interposition of additional components as a heat source or heat sink.
  • the heat transfer hubs may protrude directly into an exhaust pipe of the internal combustion engine.
  • the heat transfer ribs for example, are flowed around by the ambient air.
  • the carrier ceramic is provided with a flow channel. This makes it possible, for example, to guide the heated engine cooling water directly through the carrier ceramic, so that it acts as a heat source without the interposition of other elements. Accordingly high is the thermal efficiency.
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal section through an inventive device for exhaust heat recovery according to a first embodiment with the valve flap open;
  • FIG. 2 shows the schematic longitudinal section through the device according to the invention according to FIG. 1 with the valve flap closed;
  • - Figure 3 is a schematic longitudinal section through an inventive device for exhaust heat recovery according to a second embodiment in a flow through the first flow channel;
  • FIG. 4 shows the longitudinal section through the device according to the invention according to Figure 3 at a flow through the second flow channel
  • FIG. 5 is a semi-transparent, perspective view of a flow-through assembly with several TEG modules and integrated cooling;
  • FIG. 6 is a schematic longitudinal section through an inventive device for exhaust heat recovery according to a third embodiment
  • FIG. 7 is a schematic detail section through an exhaust pipe upstream of the inventive device for exhaust heat recovery
  • FIG. 8 shows, in a schematic section, a TEG module according to a fourth embodiment of the invention
  • FIG. 9 is a schematic section of a TEG module according to a fifth embodiment of the invention.
  • FIG. 10 is a schematic section of a TEG module according to a sixth embodiment of the invention.
  • FIG. 11 is a schematic section through a TEG module according to a seventh embodiment of the invention.
  • FIG. 12 is a schematic section through a TEG module according to an eighth embodiment of the invention.
  • FIG. 13 in a schematic section a TEG module according to a ninth embodiment of the invention.
  • Figures 1 to 4 and 6 show a device 10 for exhaust heat utilization in internal combustion engines of motor vehicles, with an exhaust gas flowed through housing 12 having an inlet 14 for an inlet pipe 16 and an outlet 18 for an outlet pipe 20, at least one thermoelectric generator module (TEG Module) 22 or a heat exchanger 24 (cf. gur 6) which is received in the housing 12 and / or fixed to the housing 12, and a control element 26 for influencing the exhaust gas flow 28 within the housing 12.
  • TEG Module thermoelectric generator module
  • a heat exchanger 24 cf. gur 6
  • the inlet 14 and the outlet 18 are both through a first flow channel 30th connected to the at least one TEG module 22 or the heat exchanger 24 and is thermally conductively coupled thereto, as well as by a second flow channel 32, which is spaced from the at least one TEG module 22 or heat exchanger 24, wherein the two flow channels 30, 32 are formed in the interior of the housing 12.
  • Figures 1 and 2 show a first embodiment of the device 10 with a cylindrical cross-sectional structure.
  • the housing 12 is formed by a conical inlet funnel 34, a cylindrical tube section 36 and a conical outlet funnel 38.
  • Inside the housing 12 extends a tube 40, the second flow channel 32 being defined by a tube cross-section and the first flow channel 30 being surrounded by an annular space between tube 40 and housing 12 surrounding the tube 40.
  • control element 26 for influencing the flow components in the first and second flow channels 30, 32.
  • the control element 26 is arranged on the second flow channel 32 in the first embodiment and designed as a valve flap, the valve flap having the flow cross section the second flow channel 32 at least partially release (see Figure 1) or can close (see Figure 2). As shown in the figures, the control element 26 is arranged within the prefabricated unit 10.
  • the device 10 is attached to the inlet tube and the outlet tube 16.
  • the control element 26 lies in particular in the outlet funnel 38. Of course, the control element 26 could also be located in the inlet funnel 34.
  • the control element 26 is located according to Figure 1 in its open position, so that the exhaust stream 28 within the tube 40 from the inlet 14 through the second flow channel 32 can flow to the outlet 18.
  • the exhaust gas stream 28 at the inlet 14 can exit the tube 40 through an opening 42 and flow to the outlet 18 via the first flow channel 30 which is annular in cross-section.
  • the distribution of the exhaust gas flow 28 is determined by the individual flow resistances of the flow channels 30, 32. Simple and suitable measures for influencing the flow resistance are baffles, diaphragms or the like.
  • the flow resistance of the second flow channel 32 in the open position of the control element 26 is significantly lower than the flow resistance of the first flow channel 30.
  • an overheating of the TEG modules 22 be reliably excluded.
  • the second flow channel 32 is essentially sealed except for a negligible leakage flow, so that the entire exhaust gas stream 28 flows from the inlet 14 via the opening 42 through the first flow channel 30 to the outlet 18 of the housing 12.
  • the TEG modules 22 experience their maximum thermal loading by the hot exhaust gas stream 28, which leads to a particularly effective energy conversion and thus to a maximum yield of electrical energy.
  • the control element 26 Only when a limit temperature, with which the TEG modules 22 are allowed to be subjected to a maximum, is reached, the control element 26 at least partially opens the second flow channel 32 in order to avoid overheating and thus damage to the TEG modules 22.
  • a plurality of TEG modules 22 are heat-conductively attached to the housing 12.
  • the TEG modules 22 extend through openings 33 of the pipe section 36 and thus project into both the first flow channel 30 and in the cooling circuit 44.
  • the individual TEG modules 22 at a radial inside of Pipe section 36 are mounted so that they protrude into the first flow channel 30, or on a radial outer side of the pipe section 36 so that they protrude into a cooling circuit 44 indicated only schematically.
  • the numerous TEG modules 22 preferably extend over the entire axial length of the cylindrical part of the pipe section 36.
  • FIGS. 1 and 2 show the housing 12 and / or the TEG modules 22 Heat conducting ribs 47 are provided in order to improve the thermal coupling between the cooling circuit 44 and the TEG modules 22.
  • the heat conduction fins 49 are arranged on the housing 12 and / or on the TEG modules 22, which heat conduction between the exhaust gas stream 28 in the first Improve flow channel 30 and the TEG modules 22.
  • the cooling circuit 44 for cooling the TEG modules 22 may be a separate cooling circuit that cools only the TEG modules 22, or a general cooling circuit (eg engine cooling circuit, air conditioning circuit, etc.), are connected to the still more devices to be cooled ,
  • a gas-permeable soundproofing material 48 can also be seen.
  • the tube 40 is partially enclosed in the axial direction of the soundproofing material 48, in particular coated with the soundproofing material 48, and also perforated in the region of this soundproofing layer.
  • a wall of at least one flow channel 30, 32 at least partially has the gas-permeable soundproofing material 48, preferably coated with this material 48.
  • a particularly suitable soundproofing material 48 is, for example, a metal foam, a metal mesh or a microperforated wall.
  • the soundproofing material 48 further forms a heat shield, which prevents thermal exposure of the TEG modules 22 via thermal radiation of the exhaust gas stream 28 in the second flow channel 32 or at least minimizes it to a negligible extent.
  • the sound attenuation measures in the device 10 have been found to be particularly effective when the two flow channels 30, 32 are in fluid communication via the gas-permeable soundproofing material 48, which is achieved by the perforation 51 of the tube 40 according to Figures 1 and 2.
  • a considerable sound-damping effect arises even when a large part of the exhaust gas stream 28 flows through the second flow channel 32; and this, although the soundproofing material 48 according to Figures 1 and 2 only on a radial outer side of the tube 40, that is, that is arranged in the first flow channel 30.
  • the soundproofing material 48 preferably has a gas permeability with which a flow resistance between the two flow channels 30, 32 through the soundproofing material 48 at least by a factor of 5 is higher than a flow resistance the individual flow channels 30, 32 from the inlet 14 to the outlet 18. In this case, a desired flow resistance between the flow channels 30, 32 with little effort on the density of the soundproofing material 48 and / or the perforation 51 in the tube 40 set.
  • the flow channels 30, 32 are brought together again in the region of the outlet 18. Specifically, while the first flow channel 30 open into the second flow channel 32 to merge the exhaust stream 28 and to introduce into the outlet pipe 20.
  • Figures 3 and 4 show a second embodiment of the device 10 for exhaust heat utilization.
  • the housing 12 is not formed here tubular with approximately circular cylindrical cross-section, but rather cuboid with approximately rectangular cross-section.
  • an axial length and a perpendicular thereto width of the housing 12 is shown. Perpendicular to the plane of the housing 12 extends over a height that is significantly smaller relative to the length and width.
  • the ratio length / height and width / height is at least 2/1, preferably at least 3 / 1.
  • the housing 12 in this case comprises at least two interconnected sheet metal shells 50, one of which can be seen in Figures 3 and 4.
  • a first sheet metal shell 50 forms a bottom part onto which a second sheet metal shell 50 (not shown) acts as a cover part
  • the sheet metal shells 50 are preferably produced as embossing / stamping parts, wherein each flow channel 30, 32 is formed by an embossed section of the first sheet metal shell 50 and an embossed section of the second sheet metal shell 50.
  • the closed cross sections of the flow channels 30 , 32 each by two superimposed, U-shaped embossed Troughs formed in the sheet metal shells 50.
  • the two sheet metal shells 50 may be identical.
  • the inlet 14 and the outlet 18 are disposed at opposite axial ends of the housing 12 with a central axis A of the inlet 14 and a central axis B of the outlet 18 being parallel and spaced from each other.
  • TEG modules 22 can be seen in FIGS. 3 and 4, which are combined to form a flow-through assembly 52 and in the first flow. can be flowed through the assembly 52 substantially perpendicular to the central axis A of the inlet 14 and the central axis B of the outlet 18 (see Figures 3 and 5).
  • Downstream of the flow-through assembly 52 then opens the first flow channel 30 in the region of the outlet 18 in the second flow channel 32, so that the entire exhaust gas stream 28 is introduced into the outlet pipe 20 regardless of the position of the control element 26.
  • control element 26 is also in this case a valve flap for influencing the flow components in the first and second flow channels 30, 32.
  • the control element 26 in the second embodiment is arranged in the area of the inlet 14 at a branch point of the flow channels 30, 32 ,
  • control element 26 deflects the entire exhaust gas stream 28 through the first flow channel 30 and thus through the assembly 52 with the TEG modules 22. This leads to a maximum thermal load on the TEG modules 22 and thus to a maximum electrical energy yield.
  • control element 26 can at least partially direct the exhaust gas stream 28 into the second flow channel 32 acting as a bypass, so that at least part of the exhaust gas stream 28 bypasses the assembly 52. In an extreme position of the control element 26 according to FIG. 4, the entire exhaust gas stream 28 is conducted through the second flow channel 32.
  • Part of the second flow channel 32 directly adjoins the assembly 52, wherein a baffle 54 is provided in this area, which prevents the TEG modules 22 of the assembly 52 from being thermally acted upon by the hot exhaust gas stream 28 in the second flow channel 32 ,
  • FIG. 5 shows a perspective view of the assembly 52, as it is installed in the housing 12 in the second embodiment of the device 10 for utilizing exhaust heat.
  • the TEG modules 22 are arranged in the form of lamellas in the assembly 52, wherein the lamellae extend in the flow direction 56 of the exhaust gas flow 28.
  • FIG. 5 also shows electrical connections 58 of the TEG modules 22, via which the electrical energy obtained can be forwarded to a consumer or a storage medium.
  • cooling coils of the cooling circuit 44 can also be seen, which are thermally coupled to a "cold side" of the TEG modules 22.
  • the cooling coils are formed by tubes which extend out of the assembly 52 on an axial end side and cooling circuit connections 60 These cooling circuit connections 60 are also indicated in Figures 3 and 4 and in Figure 6.
  • This third embodiment is structurally and functionally largely identical to the device 10 according to Figures 3 and 3 4.
  • TEG modules 22 in the first flow channel 30 instead of the TEG modules 22 in the first flow channel 30, a heat exchanger 24 through which the inlet 14 or outlet 18 flows substantially perpendicularly to the center axis A, B is arranged, and consequently the thermal energy of the exhaust stream 28 is not used here TEG modules 22 converted into electrical energy, sond ern over the heat exchanger 24 directly used as heat energy. In this way, the thermal exhaust gas energy can be used, for example, to heat a cooling circuit 44 via the heat exchanger 24. If this cooling circuit 44 is the engine cooling circuit or an air conditioning cooling circuit of the motor vehicle, an improved cold start behavior or a faster heating of the vehicle interior is thereby achieved.
  • FIG. 7 shows a detail of an exhaust pipe 61 upstream of the device 10 for utilizing exhaust heat.
  • This design detail may be integrated into the inlet 14 of the device 10 or the inlet tube 16 in some embodiments.
  • the exhaust pipe 61 in this case has a cross-sectional constriction and supply air openings 62 in the region of the cross-sectional constriction.
  • About the so-called Venturi effect forms in the Area of the supply air openings 62 from a suction effect, which sucks cool ambient air 63 in the exhaust pipe 61.
  • the amount of supplied ambient air 63 can be adjusted in the present case by actuatable flaps 64, which can open or close openings 66 in the outer jacket 68 of the exhaust pipe 61.
  • the TEG modules 22 have to be acted on by the exhaust gas flow 28 as far as possible during the entire operating period of the internal combustion engine.
  • the control element 26 releases the first flow channel 30 in a basic position and blocks the second flow channel 32 (cf., FIGS. 2 and 3), and if, moreover, a spring element is provided which moves the control element 26 into its basic position applied.
  • a spring element is provided which moves the control element 26 into its basic position applied.
  • an active actuation of the control element 26 for releasing the second flow channel 32 is necessary only in the exceptional cases of very high thermal load in order to prevent overheating of the TEG modules.
  • the control element 26 is usually electrically actuated as a function of temperature sensors, for example by an electric motor.
  • Figures 8 to 13 show further embodiments of TEG modules 122 and their arrangement with respect to hot or cold media.
  • FIG. 8 schematically shows a TEG module 122 according to a fourth embodiment, which has a first carrier ceramic 110, a second carrier ceramic 112 and semiconductor elements 114 arranged therebetween.
  • This arrangement uses the so-called Peltier effect and, when there is a temperature difference between the first carrier ceramic 110 and the second carrier ceramic 112, generates a voltage difference. This is well known and will not be discussed further here. For the following exemplary embodiments, Assuming that the first carrier ceramic 110 should be at a higher temperature level during operation than the second carrier ceramic 112.
  • the first carrier ceramic 110 is associated with a heat source, such as an exhaust pipe 116, and the second carrier ceramic 1 12 is a heat sink,
  • a cooling circuit assigned, as it has been previously explained, for example, with reference to Figures 1 to 7.
  • the cooling fluid directly flows to the heat sink 120.
  • the first carrier ceramic 110 is connected to the outer wall of the exhaust pipe 116 by means of a material connection.
  • the cohesive connection here consists of a layer of a solder material 118.
  • a brazing material is preferably used.
  • the solder material 118 may be a so-called active solder, which is suitable for soldering ceramic material.
  • the first carrier ceramic 10 is provided on its outer side with a metallic coating, which then in turn attacks the solder material.
  • the second carrier ceramic 112 is connected to a heat sink 120 by means of a material connection.
  • a heat-conducting adhesive 123 is preferably used here.
  • FIG. 9 shows a fifth embodiment.
  • the same reference numerals are used, and reference is made to the above explanations in this respect.
  • the difference to the fifth embodiment here is that is used as a heat source cooling water K, which comes from an internal combustion engine. This is passed through a heat exchanger 124, which is connected by means of a material connection with the first carrier ceramic. For this purpose, in particular a thermal adhesive 123 can be used again.
  • the heat sink 120 can optionally be directly flowed by hot exhaust gas.
  • FIG. 10 shows a sixth embodiment.
  • the same reference numerals are used, and reference is made to the above explanations in this respect.
  • the heat sink 120 can optionally be flowed directly by hot exhaust gas so that the heat sink 120 forms a section of the wall of the exhaust gas duct.
  • the difference between the fifth and sixth embodiments is that in the sixth embodiment, the cooling water K is directly passed through the first carrier ceramic 110. This is provided for this purpose with at least one flow channel 126. In this way, the heat transfer from the heat exchanger 124 to the first carrier ceramic 110, as it is present in the embodiment of FIG. 8, is eliminated.
  • FIG. 11 shows a seventh embodiment.
  • the seventh embodiment differs from the fourth embodiment in that the second carrier ceramic 1 12 is provided with a plurality of heat transfer ribs 128, so that it itself acts directly as a heat sink. This eliminates the heat transfer from the second carrier ceramic 112 to the heat sink 120, as it is present in the embodiment of Figure 7. Again, cooling fluid can flow directly to the ribs 126.
  • Fig. 12 an eighth embodiment is shown. For the components known from the preceding embodiments, the same reference numerals are used, and reference is made to the above explanations in this respect.
  • the first carrier ceramic 1 10 is provided with heat transfer ribs 128, which project through an opening 130 in the exhaust pipe 116 into the interior of the exhaust pipe.
  • the carrier ceramic 110 is heated directly from the hot exhaust gas stream, and it eliminates the heat transfer from the exhaust pipe 1 16 to the first carrier ceramic 1 10, as it is present in the fourth embodiment.
  • a heat sink 120 is used, which is formed as a flat sheet.
  • Fig. 13 a ninth embodiment is shown.
  • the same reference numerals are used for the components known from the preceding embodiments, and reference is made to the above explanations in this respect.
  • the second carrier ceramic 1 12 is formed as a heat exchanger and is provided for this purpose with a flow channel 126.
  • a forced cooling of the second carrier ceramic 112 by means of a suitable coolant which hits directly on the TEG module.
  • the TEG module is also directly flowed into the hot exhaust gas, because it forms part of the channel wall for the exhaust gas and closes an opening 130 in the exhaust pipe 1 16.
  • the TEG module is laterally opposite this over (see Figures 12 and 13) better sealing and fastening.
  • an elastic compensation element between the inner wall of the housing and the components, which causes a clamping in the housing.
  • a bearing or fiber mat can be used as the elastic compensating element, as used, for example, as a clamping and compensating element in the fixation of catalyst substrates.
  • the mat may for example consist of a knitted fabric or knit fabric, eg made of a steel wire.
  • Canning method For mounting in the housing, one of the known from the production of catalyst or particulate filter modules Canning method can be used, for example, winding, plugging or calibrating, in which the necessary clamping force is generated on the components by a targeted deformation of the housing.

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Abstract

In einer Vorrichtung zur Abgaswärmenutzung bei Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen ist wenigstens ein TEG-Modul (22) vorgesehen, mit einer Heißseite und einer Kaltseite, wobei die Heißseite und/oder die Kaltseite in direktem Strömungskontakt mit einem heißen bzw. einem kalten Medium steht. Außerdem hat die Vorrichtung ein abgasdurchströmtes Gehäuse, das einen Einlass für ein Einlassrohr und einen Auslass für ein Auslassrohr aufweist, wobei das TEG-Modul oder ein Wärmetauscher im Gehäuse aufgenommen ist, sowie ein Steuerelement zur Beeinflussung des Abgasstroms innerhalb des Gehäuses. Der Einlass und der Auslass sind sowohl durch einen ersten Strömungskanal verbunden, der an das wenigstens eine thermoelektrische Generatormodul oder den Wärmetauscher angrenzt und mit diesem wärmeleitend gekoppelt ist, als auch durch einen zweiten Strömungskanal, der von dem wenigstens einen thermoelektrischen Generatormodul oder Wärmetauscher beabstandet ist, wobei die beiden Strömungskanäle im Inneren des Gehäuses ausgebildet sind.

Description

Vorrichtung zur Abgaswärmenutzung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgaswärmenutzung bei Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen.
Zur Verbesserung des Kaltstartverhaltens von Verbrennungsmotoren ist eine mögliche Nutzung der Abgaswärme bereits seit Längerem aus dem Stand der Technik bekannt. Hierbei wird während der Kaltstartphase die Abgaswärme mittels eines Wärmetauschers auf das Kühlmedium eines Kühlkreislaufs übertragen, um über den Kühlkreislauf eine möglichst rasche und gleichmäßige Erwärmung der einzelnen Motorkomponenten zu erzielen. Durch eine solche Maßnahme lässt sich die gewünschte Betriebstemperatur schneller erreichen sowie darüber hinaus der Bauteilverschleiß, der Kraftstoffverbrauch und der Schadstoffausstoß bis zum Erreichen der Betriebstemperatur deutlich verringern.
Um den Kühlkreislauf im Normalbetrieb nicht weiter zu belasten, ist eine weitere Wärmeübertragung nach Erreichen der Betriebstemperatur in der Regel un- erwünscht, weshalb das Abgas dann in der Regel umgeleitet und unter Umgehung des Wärmetauschers an die Umgebung abgeführt wird.
Da im Rahmen der globalen Klimadiskussion zukünftig strengere Vorschriften in Bezug auf Energieeffizienz und C02-Emission von Verbrennungsmotoren zu erwarten sind, gibt es in jüngerer Zeit Bestrebungen, die Abgaswärme von Ver- brennungsmotoren möglichst während des gesamten Motorbetriebs zu nutzen und vorzugsweise in elektrische Energie zu wandeln. Mit dieser elektrischen Energie können dann z.B. Akkus geladen oder elektrische Geräte betrieben werden. Aus dem Stand der Technik sind bereits sogenannte thermoelektrische Generatormodule (im Folgenden: TEG-Module) bekannt, die thermische Energie in elektrische Energie wandeln und in Abgasanlagen eingesetzt werden können.
Eine solche Vorrichtung zur Abgaswärmenutzung mittels TEG-Modulen ist beispielsweise in der JP 11229867 A beschrieben. Um eine Überhitzung und damit eine Beschädigung der TEG-Module zu vermeiden, ist in dieser japanischen Druckschrift eine Bypassleitung vorgesehen, welche stromaufwärts der Vorrichtung zur Abgaswärmenutzung von einer Abgasleitung abzweigt und stromabwärts der Vorrichtung zur Abgaswärmenutzung wieder in die Abgasleitung einmündet. Die Verteilung des Abgasstroms zwischen der Abgasleitung und der Bypassleitung wird dabei durch ein elektrisch betätigtes Durchflusssteuerven- til eingestellt.
Diese vorgeschlagene Bypasskonstruktion soll eine Überhitzung der TEG- Module verhindern, weist aber auch einen hohen Bauraum- und Materialbedarf für Rohrleitungen auf, wodurch die Montage aufwendig und das Gesamtsystem teuer wird. Aufgabe der Erfindung ist es, eine möglichst kompakte und preiswerte Vorrichtung zur Abgaswärmenutzung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erfüllt.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das TEG-Modul unmittelbar vom heißen und/oder kalten Medium angeströmt. Das bedeutet, das als vorgefertigte Einheit ausgeführte TEG-Modul liegt in der Strömung des heißen Abgases und/oder des Kühlmittels. Damit werden Wärmeverluste vermieden und die auf das TEG-Modul wirkende Temperaturdifferenz erhöht.
Vorzugsweise wird das TEG-Modul mit seiner Heiß- und/oder Kaltseite direkt von heißem bzw. kaltem Fluid, das in einem Strömungskanal geführt wird, angeströmt.
Das kalte Medium ist insbesondere ein flüssiges Kühlmittel, insbesondere das Kühlmittel des Kühlkreislaufs des Verbrennungsmotors. Wenn das TEG-Modul sowohl unmittelbar vom heißen Abgas als auch vom flüssigen Kühlmittel ange- strömt wird, bildet es Teil der Kanalwand des Abgases. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Wand Öffnungen hat, in der ein TEG-Modul untergebracht ist. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform wird das TEG-Modul an die Wand angeklebt.
Die Dichtigkeit im Bereich der Öffnung kann dadurch optimiert werden, dass das TEG-Modul seitlich gegenüber der Wand vorsteht und somit mit diesem vorstehenden Rand am Rand der Öffnung anliegt. Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass ein zweiter Strömungskanal vorgesehen ist, der vom TEG-Modul beabstandet ist. Dieser Strömungskanal ist durch eine eigene Wand definiert, auf der das TEG-Modul nicht sitzt. Der zweite Strömungskanal erlaubt es, einen Teil des heißen Abgases oder das ge- samte heiße Abgas durch es hindurchzuleiten, sodass die Wärmemenge, die an das TEG-Modul über das heiße Abgas transportiert wird, begrenzt und das TEG- Modul vor thermischer Überlastung geschützt wird.
Der zweite Strömungskanal bildet einen Bypass, welcher gemäß der bevorzugten Ausführungsform durch eine Steuereinrichtung, insbesondere durch ein Ventil, gezielt veränderlich durchströmt wird. Das Ventil ist zum Beispiel eine Klappe.
Erfindungsgemäß wird die obige Aufgabe auch gelöst durch eine Vorrichtung zur Abgaswärmenutzung bei Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen, mit einem abgasdurchströmten Gehäuse, das einen Einlass für ein Einlassrohr und einen Auslass für ein Auslassrohr aufweist, wenigstens einem thermoelektrischen Generatormodul oder Wärmetauscher, das bzw. der im Gehäuse aufgenommen und/oder am Gehäuse fixiert ist, sowie einem Steuerelement zur Beeinflussung des Abgasstroms innerhalb des Gehäuses, wobei der Einlass und der Auslass sowohl über einen ersten Strömungskanal verbunden sind, der an das wenigs- tens eine thermoelektrische Generatormodul oder den Wärmetauscher angrenzt und mit diesem wärmeleitend gekoppelt ist, als auch durch einen zweiten Strömungskanal, der von dem wenigstens einen thermoelektrischen Generatormodul beabstandet ist, wobei die beiden Strömungskanäle im Inneren des Gehäuses ausgebildet sind. Durch die Ausformung des die Abgaswärme nutzenden ersten Strömungskanals und des die Bypassfunktion erfüllenden zweiten Strömungskanals in einem gemeinsamen Gehäuse, welches auch den Wärmetauscher oder das wenigstens eine TEG-Modul aufnimmt oder fixiert, entsteht eine besonders kompakte Vorrichtung, die bei geringem Materialverbrauch und Fertigungsaufwand eine Überlastung des Wärmetauschers bzw. eine Überhitzung des wenigs- tens einen TEG-Moduls zuverlässig verhindert.
Darüber hinaus wirkt die Vorrichtung bevorzugt auch schalldämpfend. In einer Ausführungsform der Vorrichtung zur Abgaswärmenutzung weist eine Wand wenigstens eines Strömungskanals wenigstens abschnittsweise ein gasdurchlässi- ges Schallschutzmaterial auf, wobei die Wand bevorzugt mit dem Schallschutzmaterial beschichtet ist. Infolge dieser integrierten Schalldämpfung können weitere Schalldämpfungseinrichtungen der Abgasanlage kleiner dimensioniert werden, idealerweise sogar entfallen. Zur thermischen Abschottung des zweiten Strömungskanals kann das Schallschutzmaterial in dieser Ausführungsform auch als Hitzeschild ausgebildet sein. Aufgrund der kompakten Bauweise der Vorrichtung zur Abgaswärmenutzung kann es nämlich zum Beispiel durch Wärmestrahlung auch dann zu einer Beaufschlagung des wenigstens einen TEG-Moduls oder Wärmetauschers kommen, wenn nur der vom wenigstens einen TEG-Modul oder Wärmetauscher beabstandete zweite Strömungskanal vom Abgas durchströmt wird. Aufgrund der vorteilhaften Funktion des Schallschutzmaterials als Hitzeschild lässt sich dieser unerwünschte Effekt minimieren oder beseitigen, sodass der thermische Einfluss des Abgasstroms im zweiten Strömungskanal auf das wenigstens eine TEG- Modul bzw. den Wärmetauscher vernachlässigbar ist.
Als Schallschutzmaterial kommt dabei vorzugsweise ein Metallschaum, ein Metallgestrick oder eine mikroperforierte Wand zum Einsatz. All diese Materialien wirken schalldämpfend, sind einfach und preiswert herstellbar und weisen eine hohe Hitzebeständigkeit auf. In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung zur Abgaswärmenutzung stehen die beiden Strömungskanäle über ein gasdurchlässiges Schallschutzmaterial in Strömungsverbindung. Dadurch lässt sich eine besonders gute Schalldämpfung realisieren.
Das Schallschutzmaterial weist hierbei bevorzugt eine Gasdurchlässigkeit auf, mit der ein Strömungswiderstand zwischen den beiden Strömungskanälen durch das Schallschutzmaterial hindurch wenigstens um einen Faktor 5 höher ist als ein Strömungswiderstand der einzelnen Strömungskanäle vom Einlass zum Auslass. Eine derart gewählte Gasdurchlässigkeit bewirkt einerseits eine ausgezeichnete Schalldämpfung und stellt andererseits sicher, dass der Massenfluss zwischen den beiden Strömungskanälen durch das Schallschutzmaterial hindurch vernachlässigbar ist. In einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich ein Rohr im Inneren des Gehäuses, wobei der zweite Strömungskanal durch einen Rohrquerschnitt und der erste Strömungskanal durch einen das Rohr umgebenden Ringraum zwischen Rohr und Gehäuse definiert sind. Diese Konstruktion zur Bildung zweier parallel geschalteter Strömungskanäle ist äußerst kompakt, einfach herstellbar und sehr preisgünstig.
Vorzugsweise ist das Rohr wenigstens abschnittsweise von einer gasdurchlässigen Schallschutzschicht umschlossen. Dies führt, wie bereits erwähnt, zu einer vorteilhaften Schalldämpfung in der Vorrichtung und bei einer Ausbildung der Schallschutzschicht als Hitzeschild zusätzlich zu einer thermischen Entkopplung der beiden unmittelbar aneinander angrenzenden Strömungskanäle.
Das Rohr, dessen Rohrquerschnitt den ersten Strömungskanal definiert, kann darüber hinaus im Bereich der Schallschutzschicht perforiert sein. Die Perforation wirkt sich dabei äußerst vorteilhaft auf die Schalldämpfung der Vorrichtung zur Abgaswärmenutzung aus.
Vorzugsweise ist wenigstens ein TEG-Modul vorgesehen, das wärmeleitend am Gehäuse angebracht ist. Eine Befestigung am Gehäuse lässt sich mit geringem Aufwand realisieren, ermöglicht eine gute Wärmeleitung zwischen dem wenigstens einen TEG-Modul und dem ersten Strömungskanal sowie eine weitge- hende thermische Entkopplung zwischen dem wenigstens einen TEG-Modul und dem zweiten Strömungskanal.
In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung zur Abgaswärmenutzung umfasst das Gehäuse wenigstens zwei miteinander verbundene Blechschalen. Diese Blechschalen können mit geringem Aufwand aus Blechrohlingen gestanzt und anschließend umgeformt werden, woraus eine äußerst preiswerte Fertigung des Gehäuses resultiert.
Vorzugsweise ist dabei jeder Strömungskanal durch einen geprägten Abschnitt einer ersten Blechschale und einen geprägten Abschnitt einer zweiten Blechschale gebildet. Auf diese Weise lässt sich der geschlossene Kanalquer- schnitt umformtechnisch am einfachsten herstellen.
In einer Ausführungsform der Vorrichtung sind eine Mittelachse des Einlasses und eine Mittelachse des Auslasses parallel ausgerichtet und voneinander beab- standet. Dies ermöglicht eine problemlose Einbindung der Vorrichtung in einen Abgasstrang des Kraftfahrzeugs.
In einer weiteren Ausführungsform sind mehrere thermoelektrische Generatormodule zu einer durchströmbaren Baugruppe zusammengefasst und im ersten Strömungskanal angeordnet, wobei die Baugruppe quer, vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu einer Mittelachse des Einlasses oder des Auslasses durchströmbar ist. Infolge dieser Umlenkung des Abgasstroms im Gehäuse wird die Strömungsgeschwindigkeit herabgesetzt, wodurch eine gleichmäßigere Beaufschlagung der TEG-Module sowie eine effizientere Nutzung der thermischen Abgasenergie möglich werden.
In einer anderen Ausführungsform ist im ersten Strömungskanal ein quer, vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu einer Mittelachse des Einlasses oder Auslasses durchströmter Wärmetauscher angeordnet. Auch hier wird die Strömung umgelenkt und damit verlangsamt, was eine besonders effektive Nutzung der thermischen Abgasenergie durch den Wärmetauscher ermöglicht.
Der erste Strömungskanal kann stromabwärts des wenigstens einen TEG- Moduls oder Wärmetauschers in den zweiten Strömungskanal münden.
Ferner ist vorzugsweise ein Kühlkreis vorgesehen, der wärmeleitend mit dem wenigstens einen TEG-Modul gekoppelt ist. In diesem Fall ist eine„Heißseite" des wenigstens einen TEG-Moduls mit dem heißen Abgasstrom und eine„Kaltseite" des wenigstens einen TEG-Moduls mit dem kalten Kühlmittel des Kühlkreislaufs wärmeleitend verbunden, sodass über die TEG-Module eine besonders effektive Wandlung von thermischer Energie in elektrische Energie stattfindet. In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung zur Abgaswärmenutzung weist das Steuerelement eine Ventilklappe zur Beeinflussung der Strömungsanteile im ersten und zweiten Strömungskanal auf. Durch eine Regulierung des Abgasstroms im ersten Strömungskanal mittels der Ventilklappe lässt sich eine Überhitzung der TEG-Module oder des Wärmetauschers zuverlässig verhindern. Vorzugsweise ist das Steuerelement im Bereich des Einlasses an der Verzweigungsstelle der Strömungskanäle angeordnet. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, dass das Steuerelement am zweiten Strömungskanal angeordnet ist und einen Strömungsquerschnitt des zweiten Strömungskanals schließen oder wenigstens teilweise freigeben kann.
Die Erfindung betrifft außerdem einen thermoelektrischen Generator mit einer ersten Trägerkeramik, die einer Wärmequelle zugeordnet ist, einer zweiten Trägerkeramik, die einer Wärmesenke zugeordnet ist, und einer Vielzahl von Halbleiterelementen, die zwischen den beiden Trägerkeramiken angeordnet sind.
Der thermoelektrische Generator, genauer die beiden Trägerkeramiken und die Halbleiterelemente, bildet dabei ein TEG-Modul in einer speziellen Ausfüh- rung.
Ein solches TEG-Modul kann, wie oben bereits dargelegt.dazu verwendet werden, die Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle und der Wärmesenke in einen elektrischen Strom umzusetzen. Dabei bietet es sich an, den thermoelektrischen Generator entweder mit der Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlwasser der Verbrennungskraftmaschine und der Umgebung oder der Temperaturdifferenz zwischen dem Abgas und der Umgebung zu betreiben.
Wichtig für einen guten Wirkungsgrad und eine möglichst hohe Leistung des thermoelektrischen Generators ist ein guter Wärmeübergang zu den beiden Trägerkeramiken. Bisher wird üblicherweise das TEG-Modul mechanisch einge- spannt, sodass die Trägerkeramik beispielsweise auf der Seite der Wärmequelle gegen die Wand eines Abgasrohres und auf der Seite der Wärmesenke gegen ein Kühlblech gedrückt wird. Allerdings sind recht hohe Drücke in der Größenordnung bis 200 psi notwendig, um einen guten Wärmeübergang zur Trägerkeramik zu gewährleisten. Insbesondere wird das TEG-Modul direkt vom Kühlfluid oder dem heißen Abgas angeströmt. Das TEG-Modul ist ein vorgefertigtes Bauteil, welches als Ganzes verbaut wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Aufwand für die Anbringung des TEG-Moduls und für die Aufrechterhaltung eines guten Wärmeübergangs zur Trägerkeramik zu verringern. Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem TEG-Modul der eingangs genannten Art vorgesehen, dass mindestens eine der beiden Trägerkeramiken in die Wärmequelle bzw. Wärmesenke integriert ist. Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass die Wärmequelle bzw. Wärmesenke nicht mehr als zum TEG-Modul getrenntes Bauteil vorgesehen ist, sondern entweder so weit integriert ist, dass die Trägerkeramik integraler Bestandteil der Wärmequelle bzw. der Wärmesenke ist, oder wenigstens stoffschlüssig mit der Wärmequelle bzw. der Wärmesenke verbunden ist. Auf diese Weise wird die mechanische Trennung zwischen der Trägerkeramik und der Wärmequelle bzw. der Wärmesenke vermieden, die bisher eine hohe mechanische Andruckkraft erfordert hat, um einen guten Wärmeübergang zu gewährleisten.
Die stoffschlüssige Verbindung kann insbesondere durch eine Schicht aus einem Lotmaterial gebildet sein. Dies gewährleistet einen sehr guten Wärmeübergang von der Wärmequelle bzw. Wärmesenke zur entsprechenden Trägerkera- mik.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Trägerkeramik mit einer Metallbeschichtung versehen ist, mit der das Lotmaterial verbunden ist. Die Metallbeschichtung gewährleistet, dass das Lotmaterial eine gute Verbindung eingeht. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Lotmaterial ein Aktivlot ist, das unmittelbar mit der Trägerkeramik verbunden ist. Ein solches Aktivlot vermeidet die Notwendigkeit, die Trägerkeramik erst metallisch zu beschichten, bevor sie verlötet werden kann.
Wenn die im Betrieb auftretenden Temperaturen eine Temperatur in der Grö- ßenordnung von etwa 200 °C nicht überschreiten, kann die stoffschlüssige Verbindung auch durch eine Schicht aus einem Wärmeleitkleber gebildet sein. Ein Wärmeleitkleber gewährleistet einen sehr guten Wärmeübergang, der sogar noch etwas besser ist als bei Lotmaterial.
Die Wärmequelle bzw. Wärmesenke kann ein kühlwasserführendes Bauteil sein. Insbesondere das von der Verbrennungskraftmaschine erwärmte Motorkühlwasser kann als Wärmequelle für das TEG-Modul dienen, wobei dann die Umgebungstemperatur als Wärmesenke dient. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Wärmequelle bzw. Wärmesenke ein Wärmetauscher ist. Ein solcher Wärmetauscher kann beispielsweise ein sogenannter Zuheizer für ein Kraftfahrzeug sein, mit dem dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine Wärmeenergie entzogen werden kann. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Wärmequelle ein abgasführendes Bauteil ist. Dies ermöglicht es, ein sehr großes Temperaturgefälle relativ zur Umgebung für die Stromgewinnung zu nutzen.
Als Wärmesenke kann ein Kühlblech verwendet werden, sodass mit geringem Aufwand vergleichsweise große Wärmemengen an die Umgebung abgegeben werden können.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Trägerkeramik mit mehreren Wärmeübertragungsrippen versehen ist. Dies ermöglicht es, die Trägerkeramik unmittelbar ohne Zwischenschaltung zusätzlicher Bauteile als Wärmequelle bzw. Wärmesenke zu verwenden. Im Falle einer Wärmequelle können die Wärmeübertra- gungshppen beispielsweise unmittelbar in eine Abgasleitung der Verbrennungskraftmaschine hineinragen. Im Falle einer Wärmesenke können die Wärmeübertragungsrippen beispielsweise von der Umgebungsluft umströmt werden.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Trägerkeramik mit einem Durchströmungskanal versehen ist. Dies ermöglicht es, beispielsweise das erwärmte Motorkühlwasser unmittelbar durch die Trägerkeramik zu führen, sodass diese ohne Zwischenschaltung sonstiger Elemente als Wärmequelle wirkt. Dementsprechend hoch ist der thermische Wirkungsgrad.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zei- gen:
- Figur 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abgaswärmenutzung gemäß einer ersten Ausführungsform bei geöffneter Ventilklappe;
- Figur 2 den schematischen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vor- richtung gemäß Figur 1 bei geschlossener Ventilklappe; - Figur 3 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abgaswärmenutzung gemäß einer zweiten Ausführungsform bei einer Durchströmung des ersten Strömungskanals;
- Figur 4 den Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Figur 3 bei einer Durchströmung des zweiten Strömungskanals;
- Figur 5 eine halbtransparente, perspektivische Ansicht einer durchströmbaren Baugruppe mit mehreren TEG-Modulen sowie integrierter Kühlung;
- Figur 6 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abgaswärmenutzung gemäß einer dritten Ausführungsform;
- Figur 7 einen schematischen Detailschnitt durch eine Abgasleitung stromaufwärts der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgaswärmenutzung;
- Figur 8 in einem schematischen Schnitt ein TEG-Modul gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung; - Figur 9 in einem schematischen Schnitt ein TEG-Modul gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
- Figur 10 in einem schematischen Schnitt ein TEG-Modul gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;
- Figur 11 in einem schematischen Schnitt ein TEG-Modul gemäß einer sieb- ten Ausführungsform der Erfindung;
- Figur 12 in einem schematischen Schnitt ein TEG-Modul gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung; und
- Figur 13 in einem schematischen Schnitt ein TEG-Modul gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfindung. Die Figuren 1 bis 4 und 6 zeigen eine Vorrichtung 10 zur Abgaswärmenutzung bei Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen, mit einem abgasdurchströmten Gehäuse 12, das einen Einlass 14 für ein Einlassrohr 16 und einen Auslass 18 für ein Auslassrohr 20 aufweist, wenigstens einem thermoelektri- schen Generatormodul (TEG-Modul) 22 oder einem Wärmetauscher 24 (vgl. Fi- gur 6), das bzw. der im Gehäuse 12 aufgenommen und/oder am Gehäuse 12 fixiert ist, sowie einem Steuerelement 26 zur Beeinflussung des Abgasstroms 28 innerhalb des Gehäuses 12. Der Einlass 14 und der Auslass 18 sind dabei sowohl durch einen ersten Strömungskanal 30 verbunden, der an das wenigstens eine TEG-Modul 22 oder den Wärmetauscher 24 angrenzt und mit diesem wärmeleitend gekoppelt ist, als auch durch einen zweiten Strömungskanal 32, der von dem wenigstens einen TEG-Modul 22 oder Wärmetauscher 24 beabstandet ist, wobei die beiden Strömungskanäle 30, 32 im Inneren des Gehäuses 12 ausgebildet sind. Somit ergibt sich eine äußerst kompakte und robuste Vorrichtung 10 zur Abgaswärmenutzung die bei geringem Aufwand preiswert herstellbar ist.
Die Figuren 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform der Vorrichtung 10 mit einem im Querschnitt zylindrischen Aufbau. Das Gehäuse 12 wird dabei durch einen konischen Einlasstrichter 34, einen zylindrischen Rohrabschnitt 36 sowie einen konischen Auslasstrichter 38 gebildet. Im Inneren des Gehäuses 12 erstreckt sich ein Rohr 40, wobei der zweite Strömungskanal 32 durch einen Rohrquerschnitt und der erste Strömungskanal 30 durch einen das Rohr 40 umgebenden Ringraum zwischen Rohr 40 und Gehäuse 12 definiert ist.
An einem stromabwärtigen Ende des Rohres 40 befindet sich das Steuerele- ment 26 zur Beeinflussung der Strömungsanteile im ersten und zweiten Strömungskanal 30, 32. Das Steuerelement 26 ist in der ersten Ausführungsform am zweiten Strömungskanal 32 angeordnet und als Ventilklappe ausgebildet, wobei die Ventilklappe den Strömungsquerschnitt des zweiten Strömungskanals 32 zumindest teilweise freigeben (vgl. Figur 1) oder schließen kann (vgl. Figur 2). Das Steuerelement 26 ist, wie in den Figuren zu sehen, innerhalb der als vorgefertigte Einheit ausgebildeten Vorrichtung 10 angeordnet.
Die Vorrichtung 10 ist am Einlassrohr und am Auslassrohr 16 befestigt.
Das Steuerelement 26 liegt insbesondere im Auslasstrichter 38. Natürlich könnte das Steuerelement 26 auch im Einlasstrichter 34 liegen. Das Steuerelement 26 befindet sich gemäß Figur 1 in seiner Offenstellung, sodass der Abgasstrom 28 innerhalb des Rohres 40 vom Einlass 14 durch den zweiten Strömungskanal 32 zum Auslass 18 strömen kann. Alternativ kann der Abgasstrom 28 am Einlass 14 durch eine Öffnung 42 aus dem Rohr 40 austreten und über den im Querschnitt ringförmigen ersten Strömungskanal 30 zum Auslass 18 strömen. Die Aufteilung des Abgasstroms 28 wird dabei durch die einzel- nen Strömungswiderstände der Strömungskanäle 30, 32 bestimmt. Einfache und geeignete Maßnahmen zur Beeinflussung des Strömungswiderstands sind dabei Leitbleche, Blenden oder Ähnliches. In der Regel ist der Strömungswiderstand des zweiten Strömungskanals 32 in der Offenstellung des Steuerelements 26 deutlich geringer als der Strömungswiderstand des ersten Strömungskanals 30. Schließlich soll in der Offenstellung des Steuerelements 26 über einen geringen Abgasstrom 28 im ersten Strömungskanal 30 eine Überhitzung der TEG-Module 22 zuverlässig ausgeschlossen werden.
In einer Schließstellung des Steuerelements 26 gemäß Figur 2 ist der zweite Strömungskanal 32 mit Ausnahme einer vernachlässigbaren Leckageströmung im Wesentlichen dicht verschlossen, sodass der gesamte Abgasstrom 28 vom Einlass 14 über die Öffnung 42 durch den ersten Strömungskanal 30 bis zum Auslass 18 des Gehäuses 12 strömt. In diesem Zustand erfahren die TEG- Module 22 ihre maximale thermische Beaufschlagung durch den heißen Abgasstrom 28, was zu einer besonders effektiven Energiewandlung und damit zu einer maximalen Ausbeute an gewonnener elektrischer Energie führt. Erst wenn eine Grenztemperatur, mit der die TEG-Module 22 maximal beaufschlagt werden dürfen, erreicht ist, öffnet das Steuerelement 26 zumindest teilweise den zweiten Strömungskanal 32, um eine Überhitzung und damit eine Beschädigung der TEG-Module 22 zu vermeiden. Im vorliegenden Fall sind mehrere TEG-Module 22 wärmeleitend am Gehäuse 12 angebracht. Die TEG-Module 22 erstrecken sich durch Öffnungen 33 des Rohrabschnitts 36 hindurch und ragen damit sowohl in den ersten Strömungskanal 30 als auch in den Kühlkreis 44. Alternativ ist auch eine Ausführungsvariante denkbar, bei der die einzelnen TEG-Module 22 an einer radialen Innenseite des Rohrabschnitts 36 angebracht sind, sodass sie in den ersten Strömungskanal 30 hineinragen, oder an einer radialen Außenseite des Rohrabschnitts 36, sodass sie in einen nur schematisch angedeuteten Kühlkreis 44 hineinragen. Wie in den Figuren 1 und 2 zu sehen, erstrecken sich die zahlreichen TEG- Module 22 vorzugsweise über die gesamte axiale Länge des zylindrischen Teils des Rohrabschnitts 36.
Der lediglich schematisch angedeutete, geschlossene Kühlkreis 44 wird von einem flüssigen oder gasförmigen Kühlmittel 46 durchströmt, um eine„Kaltseite" der TEG-Module 22 zu kühlen. In den Figuren 1 und 2 sind am Gehäuse 12 und/ oder an den TEG-Modulen 22 Wärmeleitrippen 47 vorgesehen, um die thermische Kopplung zwischen dem Kühlkreis 44 und den TEG-Modulen 22 zu verbessern. Analog sind am Gehäuse 12 und/oder an den TEG-Modulen 22 Wärmeleit- rippen 49 angeordnet, welche die Wärmeleitung zwischen dem Abgasstrom 28 im ersten Strömungskanal 30 und den TEG-Modulen 22 verbessern.
Der Kühlkreis 44 zur Kühlung der TEG-Module 22 kann dabei ein separater Kühlkreislauf sein, der ausschließlich die TEG-Module 22 kühlt, oder aber ein allgemeiner Kühlkreislauf (z.B. Motorkühlkreis, Klimakühlkreis, etc.), an den noch weitere zu kühlende Vorrichtungen angeschlossen sind.
In der ersten Ausführungsform gemäß den Figuren 1 und 2 ist außerdem ein gasdurchlässiges Schallschutzmaterial 48 zu erkennen. Das Rohr 40 ist in axialer Richtung von dem Schallschutzmaterial 48 abschnittsweise umschlossen, insbesondere mit dem Schallschutzmaterial 48 beschichtet, und außerdem im Bereich dieser Schallschutzschicht perforiert.
Es hat sich herausgestellt, dass sich in die Vorrichtung 10 zur Abgaswärmenutzung sehr effektiv und mit geringem Aufwand Maßnahmen zur Schalldämpfung integrieren lassen. Dadurch können nachgeschaltete Schalldämpfer in vorteilhafter Weise entfallen oder zumindest kleiner dimensioniert werden, was ins- gesamt zu einem reduzierten Bauraumbedarf führt. Das Schallschutzmaterial 48 ist optional vorgesehen.
Allgemein ausgedrückt hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn eine Wand wenigstens eines Strömungskanals 30, 32 wenigstens abschnittsweise das gasdurchlässige Schallschutzmaterial 48 aufweist, vorzugsweise mit diesem Material 48 beschichtet ist. Ein besonders geeignetes Schallschutzmaterial 48 ist beispielsweise ein Metallschaum, ein Metallgestrick oder eine mikroperforierte Wand. In den Figuren 1 und 2 bildet das Schallschutzmaterial 48 ferner einen Hitzeschild, der eine thermische Beaufschlagung der TEG-Module 22 über Wärmestrahlung des Abgasstroms 28 im zweiten Strömungskanal 32 verhindert oder wenigstens auf ein zu vernachlässigendes Maß minimiert. Die Schalldämpfungsmaßnahmen in der Vorrichtung 10 haben sich als besonders wirkungsvoll erwiesen, wenn die beiden Strömungskanäle 30, 32 über das gasdurchlässige Schallschutzmaterial 48 in Strömungsverbindung stehen, was gemäß den Figuren 1 und 2 durch die Perforation 51 des Rohres 40 erreicht wird. So stellt sich in diesem Ausführungsbeispiel auch dann eine beachtliche schalldämpfende Wirkung ein, wenn ein Großteil des Abgasstroms 28 durch den zweiten Strömungskanal 32 strömt; und dies, obwohl das Schallschutzmaterial 48 gemäß den Figuren 1 und 2 lediglich auf einer radialen Außenseite des Rohrs 40, das heißt also im ersten Strömungskanal 30 angeordnet ist.
Im Falle einer Strömungsverbindung zwischen den Strömungskanälen 30, 32 über das gasdurchlässige Schallschutzmaterial 48 weist das Schallschutzmaterial 48 bevorzugt eine Gasdurchlässigkeit auf, mit der ein Strömungswiderstand zwischen den beiden Strömungskanälen 30, 32 durch das Schallschutzmaterial 48 hindurch wenigstens um einen Faktor 5 höher ist als ein Strömungswiderstand der einzelnen Strömungskanäle 30, 32 vom Einlass 14 zum Auslass 18. Dabei lässt sich ein gewünschter Strömungswiderstand zwischen den Strömungskanälen 30, 32 mit geringem Aufwand über die Dichte des Schallschutzmaterials 48 und/oder die Perforation 51 im Rohr 40 einstellen. Aus der Strömungsverbindung zwischen den Strömungskanälen 30, 32 durch das Schallschutzmaterial 48 hindurch resultiert eine deutlich verbesserte Schalldämpfung der Vorrichtung 10; gleichzeitig wird durch den erhöhten Strömungswiderstand dieser Strömungsverbindung sichergestellt, dass der Massenstrom vernachlässigbar ist. Da nämlich die Verteilung des Abgasstroms 28 im Wesentlichen durch das Steuerelement 26 bestimmt werden soll, ist ein nennenswerter Massenstrom zwischen den Strömungskanälen 30, 32 über die perforierte Wandung des Rohrs 40 in der Regel unerwünscht und daher über einen erhöhten Strömungswiderstand zu minimieren.
Stromabwärts der TEG-Module 22 werden die Strömungskanäle 30, 32 im Bereich des Auslasses 18 wieder zusammengeführt. Konkret kann dabei der erste Strömungskanal 30 in den zweiten Strömungskanal 32 münden, um den Abgasstrom 28 zusammenzuführen und in das Auslassrohr 20 einzuleiten.
Die Figuren 3 und 4 zeigen eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung 10 zur Abgaswärmenutzung. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform gemäß den Figuren 1 und 2 ist das Gehäuse 12 hier nicht rohrförmig mit etwa kreiszylindrischem Querschnitt, sondern eher quaderförmig mit näherungsweise rechteckigem Querschnitt ausgebildet. Im Längsschnitt der Figuren 3 und 4 ist eine axiale Länge sowie eine dazu senkrechte Breite des Gehäuses 12 dargestellt. Senkrecht zur Zeichenebene erstreckt sich das Gehäuse 12 über eine Bauhöhe, die relativ zur Länge und Breite deutlich kleiner ist. In der Regel liegt das Verhältnis Länge / Bauhöhe sowie Breite / Bauhöhe bei wenigstens 2 / 1 , vorzugsweise bei wenigstens 3 / 1. Somit ergibt sich insgesamt ein eher„plattiger" Aufbau, was hinsichtlich des zur Verfügung stehenden Bauraums im Unterbodenbereich eines Fahrzeugs Vorteile bietet. Das Gehäuse 12 umfasst in diesem Fall wenigstens zwei miteinander verbundene Blechschalen 50, von denen eine in den Figuren 3 und 4 zu sehen ist. Eine dargestellte erste Blechschale 50 bildet gewissermaßen ein Bodenteil, auf welches eine (nicht gezeigte) zweite Blechschale 50 als Deckelteil aufgesetzt wird. Die Blechschalen 50 werden bevorzugt als Präge-/Stanzteile hergestellt, wobei jeder Strömungskanal 30, 32 durch einen geprägten Abschnitt der ersten Blechschale 50 und einen geprägten Abschnitt der zweiten Blechschale 50 gebildet ist. Mit anderen Worten werden die geschlossenen Querschnitte der Strömungskanäle 30, 32 jeweils durch zwei übereinanderliegende, U-förmig geprägte Rinnen in den Blechschalen 50 gebildet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante können die beiden Blechschalen 50 identisch ausgebildet sein.
Gemäß den Figuren 3 und 4 sind der Einlass 14 und der Auslass 18 an entgegengesetzten axialen Enden des Gehäuses 12 angeordnet, wobei eine Mittelachse A des Einlasses 14 und eine Mittelachse B des Auslasses 18 parallel aus- gerichtet und voneinander beabstandet sind.
Ferner sind in den Figuren 3 und 4 mehrere TEG-Module 22 zu erkennen, die zu einer durchströmbaren Baugruppe 52 zusammengefasst und im ersten Strö- mungskanal 30 angeordnet sind, wobei die Baugruppe 52 im Wesentlichen senkrecht zur Mittelachse A des Einlasses 14 und zur Mittelachse B des Auslasses 18 durchströmbar ist (vgl. Figuren 3 und 5).
Stromabwärts der durchströmbaren Baugruppe 52 mündet dann der erste Strömungskanal 30 im Bereich des Auslasses 18 in den zweiten Strömungskanal 32, sodass der gesamte Abgasstrom 28 unabhängig von der Stellung des Steuerelements 26 in das Auslassrohr 20 eingeleitet wird.
Analog zur ersten Ausführungsform ist das Steuerelement 26 auch in diesem Fall eine Ventilklappe zur Beeinflussung der Strömungsanteile im ersten und zweiten Strömungskanal 30, 32. Allerdings ist das Steuerelement 26 in der zweiten Ausführungsform im Bereich des Einlasses 14 an einer Verzweigungsstelle der Strömungskanäle 30, 32 angeordnet.
Gemäß Figur 3 lenkt das Steuerelement 26 den gesamten Abgasstrom 28 durch den ersten Strömungskanal 30 und somit durch die Baugruppe 52 mit den TEG-Modulen 22. Dies führt zu einer maximalen thermischen Belastung der TEG-Module 22 und somit zu einer maximalen elektrischen Energieausbeute.
Um eine Überhitzung der TEG-Module 22 zu vermeiden, kann das Steuerelement 26 den Abgasstrom 28 zumindest teilweise in den als Bypass wirkenden zweiten Strömungskanal 32 leiten, so dass wenigstens ein Teil des Abgasstroms 28 die Baugruppe 52 umgeht. In einer Extremstellung des Steuerelements 26 gemäß Figur 4 wird der gesamte Abgasstrom 28 durch den zweiten Strömungskanal 32 geleitet.
Der zweite Strömungskanal 32 grenzt zum Teil unmittelbar an die Baugruppe 52 an, wobei in diesem Bereich ein Leitblech 54 vorgesehen ist, welches ver- hindert, dass die TEG-Module 22 der Baugruppe 52 durch den heißen Abgasstrom 28 im zweiten Strömungskanal 32 thermisch beaufschlagt werden.
Die Figur 5 zeigt eine perspektivische Ansicht der Baugruppe 52, wie sie in der zweiten Ausführungsform der Vorrichtung 10 zur Abgaswärmenutzung im Gehäuse 12 verbaut ist. Um eine gleichmäßige und effiziente thermische Beauf- schlagung einer„Heißseite" der TEG-Module 22 zu erreichen, sind die TEG- Module 22 in der Baugruppe 52 lamellenartig angeordnet, wobei sich die Lamellen in Strömungsrichtung 56 des Abgasstroms 28 erstrecken. In Figur 5 sind außerdem elektrische Anschlüsse 58 der TEG-Module 22 zu erkennen, über welche die gewonnene elektrische Energie an einen Verbraucher oder ein Speichermedium weitergeleitet werden kann.
Aufgrund der halbtransparenten Darstellung sind auch Kühlschlangen des Kühlkreises 44 zu sehen, welche mit einer„Kaltseite" der TEG-Module 22 thermisch gekoppelt sind. Die Kühlschlangen werden durch Rohre gebildet, die sich an einer axialen Stirnseite aus der Baugruppe 52 heraus erstrecken und Kühlkreisanschlüsse 60 bilden. Diese Kühlkreisanschlüsse 60 sind auch in den Figuren 3 und 4 sowie in Figur 6 angedeutet. Die Figur 6 zeigt eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung 10 zur Abgaswärmenutzung. Diese dritte Ausführungsform ist konstruktiv und funktional weitgehend identisch mit der Vorrichtung 10 gemäß den Figuren 3 und 4. Der einzige Unterschied ist, dass statt der TEG-Module 22 im ersten Strömungskanal 30 ein im Wesentlichen senkrecht zur Mittelachse A, B des Einlasses 14 oder Auslasses 18 durchströmter Wärmetauscher 24 angeordnet ist. Folglich wird die thermische Energie des Abgasstroms 28 hier nicht mittels TEG-Modulen 22 in elektrische Energie gewandelt, sondern über den Wärmetauscher 24 direkt als Wärmeenergie genutzt. In dieser Weise kann die thermische Abgasenergie beispielsweise genutzt werden, um über den Wärmetauscher 24 einen Kühlkreis 44 zu erwär- men. Falls dieser Kühlkreis 44 der Motorkühlkreis oder ein Klimakühlkreis des Kraftfahrzeugs ist, wird dadurch ein verbessertes Kaltstartverhalten bzw. eine schnellere Erwärmung des Fahrzeuginnenraums erreicht.
Obwohl einige Merkmale der Vorrichtung 10 zur Abgaswärmenutzung lediglich für eine bestimmte Ausführungsform beschrieben wurden, ist klar, dass diese in der Regel ohne Weiteres auf die anderen Ausführungsformen übertragbar sind. Dies betrifft insbesondere die Erläuterungen zu den Durchflusswiderständen der Strömungskanäle 30, 32 sowie die Ausführungen zur Schalldämpfung.
Die Figur 7 zeigt einen Detailausschnitt einer Abgasleitung 61 stromaufwärts der Vorrichtung 10 zur Abgaswärmenutzung. Dieses konstruktive Detail kann in einigen Ausführungsvarianten in den Einlass 14 der Vorrichtung 10 oder das Einlassrohr 16 integriert sein. Die Abgasleitung 61 weist hierbei eine Querschnittsverengung sowie Zuluftöffnungen 62 im Bereich der Querschnittsverengung auf. Über den sogenannten Venturi-Effekt bildet sich im Bereich der Zuluftöffnungen 62 eine Sogwirkung aus, welche kühle Umgebungsluft 63 in die Abgasleitung 61 einsaugt. Die Menge an zugeführter Umgebungsluft 63 lässt sich im vorliegenden Fall durch betätigbare Klappen 64 einstellen, welche Öffnungen 66 im Außenmantel 68 der Abgasleitung 61 freigeben oder ver- schließen können.
Über die zugeführte Umgebungsluft lässt sich in gewissen Grenzen die Abgastemperatur steuern. Folglich kann durch diese vorgeschaltete Venturi- Konstruktion für viele Lastfälle bereits eine optimale Abgastemperatur zur Beaufschlagung der TEG-Module 22 eingestellt werden, sodass der zweite Strö- mungskanal 32 in der Regel durch das Steuerelement 26 verschlossen ist und nur in Ausnahmefällen sehr hoher thermischer Belastung (teilweise) freigegeben wird.
Um die Ausbeute an elektrischer Energie zu maximieren müssen die TEG- Module 22 möglichst während der gesamten Betriebsdauer des Verbrennungs- motors durch den Abgasstrom 28 beaufschlagt werden. Aus Energiespargründen ist es vorteilhaft, wenn das Steuerelement 26 in einer Grundstellung den ersten Strömungskanal 30 freigibt und den zweiten Strömungskanal 32 sperrt (vgl. Fig. 2 und 3), und wenn darüber hinaus ein Federelement vorgesehen ist, welches das Steuerelement 26 in seine Grundstellung beaufschlagt. In diesem Fall ist eine aktive Betätigung des Steuerelements 26 zur Freigabe des zweiten Strömungskanals 32 nur in den Ausnahmefällen sehr hoher thermischer Belastung nötig, um eine Überhitzung der TEG-Module zu verhindern. Das Steuerelement 26 wird dabei üblicherweise in Abhängigkeit von Temperatursensoren elektrisch betätigt, beispielsweise durch einen Elektromotor. Die Figuren 8 bis 13 zeigen weitere Ausführungsformen von TEG-Modulen 122 und deren Anordnung in Bezug auf heiße bzw. kalte Medien.
In Figur 8 ist schematisch ein TEG-Modul 122gemäß einer vierten Ausführungsform gezeigt, das eine erste Trägerkeramik 110, eine zweite Trägerkeramik 112 und dazwischen angeordnete Halbleiterelemente 114 aufweist. Diese An- Ordnung nutzt den sogenannten Peltier-Effekt und erzeugt, wenn zwischen der ersten Trägerkeramik 110 und der zweiten Trägerkeramik 112 eine Temperaturdifferenz vorliegt, eine Spannungsdifferenz. Dies ist allgemein bekannt und wird hier nicht weiter erläutert. Für die nachfolgenden Ausführungsbeispiele wird je- weils angenommen, dass die erste Trägerkeramik 110 sich im Betrieb auf einem höheren Temperaturniveau befinden soll als die zweite Trägerkeramik 112. Anders ausgedrückt ist die erste Trägerkeramik 110 einer Wärmequelle, beispielsweise einem Abgasrohr 116, zugeordnet, und die zweite Trägerkeramik 1 12 ist einer Wärmesenke, beispielsweise einem Kühlkreislauf, zugeordnet, wie es zum Beispiel zuvor anhand der Figuren 1 bis 7 erläutert wurde. Das Kühlfluid strömt den Kühlkörper 120 direkt an.
Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist die erste Trägerkeramik 110 mittels einer stoffschlüssigen Verbindung mit der Außenwand des Abgasrohres 116 ver- bunden. Die stoffschlüssige Verbindung besteht hier aus einer Schicht aus einem Lotmaterial 118. Im Hinblick auf die im Betrieb auftretenden Bedingungen wird vorzugsweise ein Hartlot verwendet.
Beim Lotmaterial 118 kann es sich um ein sogenanntes Aktivlot handeln, welches zum Verlöten von Keramikmaterial geeignet ist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die erste Trägerkeramik 10 auf ihrer Außenseite mit einer metallischen Beschichtung versehen ist, an der dann wiederum das Lotmaterial angreift.
Die zweite Trägerkeramik 112 ist mittels einer stoffschlüssigen Verbindung mit einem Kühlkörper 120 verbunden. Für die stoffschlüssige Verbindung wird hier vorzugsweise ein Wärmeleitkleber 123 verwendet.
Die stoffschlüssigen Verbindungen durch das Lotmaterial 118 und den Wärmeleitkleber 123 gewährleisten einen sehr guten Wärmeübergang vom Abgasrohr 116 zur ersten Trägerkeramik 110 und von der zweiten Trägerkeramik 112 zum Kühlkörper 120. Es ist nicht mehr erforderlich, einen hohen mechanischen Anpressdruck zwischen der Trägerkeramik 110 und dem Abgasrohr 116 bzw. zwischen dem Kühlkörper 120 und der zweiten Trägerkeramik 112 vorzusehen. Im Hinblick auf die Festigkeit und unter Berücksichtigung der auftretenden mechanischen Vibrationen kann zusätzlich zur stoffschlüssigen Verbindung eine leichte mechanische Vorspannung erzeugt werden, beispielsweise durch eine (nicht dargestellte) Federklammer. In Figur 9 ist eine fünfte Ausführungsform gezeigt. Für die von der ersten Ausführungsform bekannten Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insoweit auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
Der Unterschied zur fünften Ausführungsform besteht hier darin, dass als Wärmequelle Kühlwasser K verwendet wird, das von einem Verbrennungsmotor stammt. Dieses wird durch einen Wärmetauscher 124 geleitet, der mittels einer stoffschlüssigen Verbindung mit der ersten Trägerkeramik verbunden ist. Hierzu kann insbesondere wieder ein Wärmeleitkleber 123 verwendet werden. Der Kühlkörper 120 kann optional direkt von heißem Abgas angeströmt werden. In Figur 10 ist eine sechste Ausführungsform gezeigt. Für die von den vorhergehenden Ausführungsformen bekannten Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insoweit auf die obigen Erläuterungen verwiesen. Auch hier kann optional der Kühlkörper 120 direkt von heißem Abgas angeströmt werden, sodass der Kühlkörper 120 einen Abschnitt der Wand des Abgaskanals bildet.
Der Unterschied zwischen der fünften und der sechsten Ausführungsform besteht darin, dass bei der sechsten Ausführungsform das Kühlwasser K unmittelbar durch die erste Trägerkeramik 110 geleitet wird. Diese ist zu diesem Zweck mit mindestens einem Durchströmungskanal 126 versehen. Auf diese Weise ent- fällt der Wärmeübergang vom Wärmetauscher 124 zur ersten Trägerkeramik 110, wie er bei der Ausführungsform von Figur 8 vorhanden ist.
In Figur 1 1 ist eine siebte Ausführungsform gezeigt. Für die von den vorhergehenden Ausführungsformen bekannten Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insoweit auf die obigen Erläuterungen verwiesen. Die siebte Ausführungsform unterscheidet sich von der vierten Ausführungsform dadurch, dass die zweite Trägerkeramik 1 12 mit mehreren Wärmeübertragungsrippen 128 versehen ist, sodass sie selbst unmittelbar als Kühlkörper wirkt. Dadurch entfällt der Wärmeübergang von der zweiten Trägerkeramik 112 zum Kühlkörper 120, wie er bei der Ausführungsform gemäß Figur 7 vorhanden ist. Auch hier kann Kühlfluid direkt die Rippen 126 anströmen. In Figur 12 ist eine achte Ausführungsform gezeigt. Für die von den vorhergehenden Ausführungsformen bekannten Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insoweit auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
Der Unterschied zwischen der achten und der vierten Ausführungsform be- steht darin, dass bei der achten Ausführungsform die erste Trägerkeramik 1 10 mit Wärmeübertragungsrippen 128 versehen ist, die durch eine Öffnung 130 im Abgasrohr 116 in das Innere des Abgasrohres hineinragen. Somit wird die Trägerkeramik 110 unmittelbar vom heißen Abgasstrom erwärmt, und es entfällt der Wärmeübergang vom Abgasrohr 1 16 zur ersten Trägerkeramik 1 10, wie er bei der vierten Ausführungsform vorhanden ist.
Auf Seite der zweiten Trägerkeramik 112 wird bei der achten Ausführungsform ein Kühlkörper 120 verwendet, der als ebenes Blech ausgebildet ist.
In Figur 13 ist eine neunte Ausführungsform gezeigt. Für die von den vorhergehenden Ausführungsformen bekannten Bauteile werden dieselben Bezugszei- chen verwendet, und es wird insoweit auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
Der Unterschied zwischen der neunten und der achten Ausführungsform besteht darin, dass bei der neunten Ausführungsform die zweite Trägerkeramik 1 12 als Wärmetauscher ausgebildet ist und zu diesem Zweck mit einem Durchströmungskanal 126 versehen ist. Auf diese Weise erfolgt eine Zwangskühlung der zweiten Trägerkeramik 112 mittels eines geeigneten Kühlmittels, das direkt auf das TEG-Modul trifft. Ferner wird das TEG-Modul auch direkt vom heißen Abgas angeströmt, denn es bildet einen Teil der Kanalwand für das Abgas und schließt eine Öffnung 130 im Abgasrohr 1 16. Das TEG-Modul steht seitlich gegenüber diesem über (siehe Figuren 12 und 13) zur besseren Abdichtung und Befesti- gung.
Bei der neunten Ausführungsform erfolgt der Wärmeeintrag in die erste Trägerkeramik 1 10 sowie die Wärmeabfuhr von der zweiten Trägerkeramik 112 unmittelbar durch Kontakt mit dem sich auf einer hohen Temperatur befindenden Medium (dem Abgas) und dem sich auf der niedrigen Temperatur befindenden Medium (der Umgebungsluft). Es liegen somit keine Wärmeübergangsstellen zwischen anderen Bauteilen und der entsprechenden Trägerkeramik vor. Zur Befestigung der einzelnen Komponenten der Vorrichtung, insbesondere der Strömungskanäle und TEG-Module in einem Gehäuse ist es möglich, zwischen der Innenwand des Gehäuses und den Komponenten ein elastisches Ausgleichselement anzuordnen, die eine Klemmung im Gehäuse bewirkt. Als elasti- sches Ausgleichselement beispielsweise eine Lager- oder Fasermatte verwendet werden, wie sie beispielsweise als Klemm- und Ausgleichselement bei der Fixierung von Katalysatorsubstraten eingesetzt wird. Die Matte kann beispielsweise aus einem Gewirk, Gestrick oder Vlies, z.B. aus einem Stahldraht bestehen.
Zur Montage im Gehäuse lässt sich eines der von der Fertigung von Kataly- sator- oder Partikelfiltermodulen bekannten Canning-Verfahren einsetzen, beispielsweise Wickeln, Stopfen oder Kalibrieren, bei dem die notwendige Klemmkraft auf die Komponenten durch eine gezielte Verformung des Gehäuses erzeugt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Abgaswärmenutzung bei Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen, mit
wenigstens einem TEG-Modul (22; 122) mit einer Heißseite und einer Kaltsei- te,
wobei die Heißseite und/oder die Kaltseite in direktem Strömungskontakt mit einem heißen bzw. einem kalten Medium steht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das heiße Medium ein Abgasstrom und/oder das kalte Medium ein Kühlmittel eines Kühl- kreislaufs ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der direkte Strömungskontakt so erfolgt, dass ein Kühlkreislauf (44) vorgesehen ist und das TEG-Modul (22; 122) durch eine Öffnung (33; 130) in den Kühlkreislauf (44) hineinragt.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der direkte Strömungskontakt so erfolgt, dass ein abgas- durchströmter Strömungskanal (30) vorgesehen ist und das TEG-Modul (22; 122) durch eine Öffnung (33; 130) in den Strömungskanal (30) hineinragt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Strömungskanal (32) vorgesehen ist, der vom TEG-Modul (22) beabstandet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das TEG-Modul (122) eine erste und eine zweite Trägerkeramik (110, 112) aufweist, zwischen denen eine Vielzahl von Halbleiterelementen (114) angeordnet ist, wobei die erste und/oder die zweite Trägerkeramik (110, 112) mit einem Durchströmungskanal (26) versehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlmittel durch den Durchströmungskanal (126) geleitet wird.
8. Vorrichtung zur Abgaswärmenutzung bei Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem abgasdurchströmten Gehäuse (12), das einen Einlass (14) für ein Einlassrohr (16) und einen Auslass (18) für ein Auslassrohr (20) aufweist,
wenigstens einem TEG-Modul (22) oder einem Wärmetauscher (24), das bzw. der im Gehäuse (12) aufgenommen und/oder am Gehäuse (12) fixiert ist, sowie einem Steuerelement (26) zur Beeinflussung des Abgasstroms (28) innerhalb des Gehäuses (12),
wobei der Einlass (14) und der Auslass (18) sowohl durch einen ersten Strömungskanal (30) verbunden ist, der an das wenigstens eine TEG-Modul (22) oder den Wärmetauscher (24) angrenzt und mit diesem wärmeleitend gekoppelt ist, als auch durch einen zweiten Strömungskanal (32), der von dem wenigstens einen TEG-Modul (22) oder Wärmetauscher (24) beab-standet ist,
wobei die beiden Strömungskanäle (30, 32) im Inneren des Gehäuses (12) ausgebildet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wand wenigstens eines Strömungskanals (30, 32) wenigstens abschnittsweise ein gasdurchlässiges Schallschutzmaterial (48) aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schallschutzmaterial (48) einen Hitzeschild bildet, wobei das Schallschutzmaterial (48) insbesondere ein Metallschaum, ein Metallgestrick oder eine mikroperfo- rierte Wand ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle (30, 32) über ein gasdurchlässiges Schallschutzmaterial (48) in Strömungsverbindung stehen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Schallschutzmaterial (48) eine Gasdurchlässigkeit aufweist, mit der ein Strömungswiderstand zwischen den beiden Strömungskanälen (30, 32) durch das Schallschutzmaterial (48) hindurch wenigstens um einen Faktor 5 höher ist als ein Strömungswiderstand der einzelnen Strömungskanäle (30, 32) vom Einlass (14) zum Auslass (18).
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Rohr (40) im Inneren des Gehäuses (12) erstreckt, wobei der zweite Strömungskanal (32) durch einen Rohrquerschnitt und der erste Strömungskanal (30) durch einen das Rohr (40) umgebenden Ringraum zwischen Rohr (40) und Gehäuse (12) definiert ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (40) wenigstens abschnittsweise von einem gasdurchlässigen Schallschutzmaterial (48) umschlossen ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (40) im Bereich des Schallschutzmaterials (48) perforiert ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, gekennzeichnet durch wenigstens ein TEG-Modul (22), das wärmeleitend am Gehäuse (12) angebracht ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) wenigstens zwei miteinander verbundene Blechschalen (50) umfasst.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Strömungskanal (30, 32) durch einen geprägten Abschnitt einer ersten Blechschale (50) und einen geprägten Abschnitt einer zweiten Blechschale (50) gebildet ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mit- telachse (A) des Einlasses (14) und eine Mittelachse (B) des Auslasses (18) parallel ausgerichtet und voneinander beabstandet sind.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere TEG-Module (22) zu einer durchströmbaren Baugruppe (52) zusammengefasst und im ersten Strömungskanal (30) angeordnet sind, wobei die Baugruppe (52) quer, vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu einer Mittelachse (A, B) des Einlasses (14) oder des Auslasses (18) durchströmbar ist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Strömungskanal (30) ein quer, vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu einer Mittelachse (A, B) des Einlasses (14) oder des Auslas- ses (18) durchströmter Wärmetauscher (24) angeordnet ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strömungskanal (30) stromabwärts des wenigstens einen TEG-Moduls (22) oder Wärmetauschers (24) in den zweiten Strömungskanal (32) mündet.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 22, dadurch gekennzeich- net, dass ein Kühlkreis (44) vorgesehen ist, der wärmeleitend mit dem wenigstens einen TEG-Modul (22) oder dem Wärmetauscher (24) gekoppelt ist.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (26) eine Ventilklappe zur Beeinflussung der Strömungsanteile im ersten und zweiten Strömungskanal (30, 32) aufweist.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (26) im Bereich des Einlasses (14) an der Verzweigungsstelle der Strömungskanäle (30, 32) angeordnet ist.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (26) am zweiten Strömungskanal (32) ange- ordnet ist und einen Strömungsquerschnitt des zweiten Strömungskanals (32) schließen oder wenigstens teilweise freigeben kann.
27. TEG-Modul, insbesondere für eine Vorrichtung zur Abgaswärmenutzung bei Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem TEG-Modul (122) mit einer ersten Trägerkeramik (110), die einer Wärmequelle zugeordnet ist, einer zweiten Trägerkeramik (112), die einer Wärmesenke zugeordnet ist, und einer Vielzahl von Halbleiterelementen (114), die zwischen den beiden Trägerkeramiken (110, 112) angeordnet sind, wobei mindestens eine der beiden Trägerkeramiken (110, 112) in die Wärmequelle bzw. Wärmesenke integriert ist.
28. TEG-Modul nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerkeramik (110, 112) mit der Wärmequelle bzw. der Wärmesenke stoffschlüssig verbunden ist.
29. TEG-Modul nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung durch eine Schicht aus einem Wärmeleitkleber (123) ge- bildet ist.
30. TEG-Modul nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung durch eine Schicht aus einem Lotmaterial (118) gebildet ist.
31. TEG-Modul nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Trä- gerkeramik (110) mit einer Metallbeschichtung versehen ist, mit der das Lotmaterial verbunden ist.
32. TEG-Modul nach Anspruch 30 oder 31 , dadurch gekennzeichnet, dass das Lotmaterial (118) ein Aktivlot ist, das unmittelbar mit der Trägerkeramik verbunden ist.
33. TEG-Modul nach einem der Ansprüche 27 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle bzw. Wärmesenke ein kühlwasserführendes Bauteil (124) ist.
34. TEG-Modul nach einem der Ansprüche 27 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle bzw. Wärmesenke ein Wärmetauscher (124) ist.
35. TEG-Modul nach einem der Ansprüche 27 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle ein abgasführendes Bauteil (116) ist.
36. TEG-Modul nach einem der Ansprüche 27 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke ein Kühlblech (120) ist.
37. TEG-Modul nach einem der Ansprüche 27 bis 36, dadurch gekennzeich- net, dass die Trägerkeramik (110, 112) mit mehreren Wärmeübertragungsrippen
(128) versehen ist.
38. TEG-Modul nach einem der Ansprüche 27 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerkeramik (110, 112) mit einem Durchströmungskanal (126) versehen ist.
39. Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug mit einem TEG-Modul nach einem der Ansprüche 27 bis 38.
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