专利名称：用于从废气产生电能的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过发电机从内燃机的废气产生电能的装置。这特别地涉及用于将废气的热能转换成电能的发电机，即，所谓的热电发电机。
背景技术：
从机动车辆的引擎排出的废气具有热能，该热能通过热电发电机而被转换成电能，以对电池或一些其他的能量存储装置供电或者将必要的能量直接释放到用电设备。从而更大量的能量可被用于机动车辆的操作。这样的热电发电机通常包括多个热电转换器元件。热电材料为能够有效地将热能转换成电能(塞贝克效应)和将电能转换成热能(帕尔贴效应)的类型。“塞贝克效应”是基于这样的现象，通过该现象，热能被转换成电能并被用于产生热电能量。“帕尔贴效应”是塞贝克效应的相反效应并且是这样的现象，该现象伴随有热吸附且在电流流过不同材料的情况下发生。帕尔贴效应已经被提出作为例如热电冷却的方法。这样的热电转换器元件优选包括若干个热电元件，这些热电元件被设置在所谓的 “暖侧”和所谓的“冷侧”之间。热电元件包括例如至少两个半导体块(P型和η型)，所述至少两个半导体块在其上侧和下侧(分别面对“热侧”和“冷侧”)被交替地连接到导电桥。 陶瓷板或陶瓷涂层和/或类似的材料用于金属桥的绝缘并因此优选被设置在金属桥之间。 如果在半导体块的两侧都有温度梯度，则形成电势。在该情况下，在一个接触点(“热侧”) 处吸收热，电子从该一侧流到下一个块的较高能量导带。在另一侧，电子现在可以释放能量以返回到处于较低能级的另一侧(“冷侧”)。因此，如果有对应的温度梯度，则可以发生电流的流动。已经进行了尝试以提供用于机动车辆，特别地，用于乘用机动车辆中的对应的热电发电机。这些热电发电机通常制造非常昂贵，但却有着相对低的效率。因此，热电发电机尚不适合用于批量生产。
发明内容
因此，本发明的目的在于至少部分地解决关于现有技术的上述问题。特别地，试图规定一种热电发电机，其提供将可用的热能转换成电能的改善的效率，并且特别地其还能够耐受在机动内燃机的排气系统中发生的可变应力。通过根据权利要求1的特征的装置实现所述目的。在从属权利要求中规定了根据本发明的方法的有利的完善(refinement)。应注意，在权利要求中单独规定的特征可以以任何希望的技术上有利的方式彼此结合并形成发明的进一步的实施例。特别地与附图相结合的描述更详细地给出了本发明并规定了附加的示例性实施例。根据本发明的用于从内燃机的废气产生电能的装置包括发电机，所述发电机具有废气入口和废气出口以及其间的热交换部分，其中所述热交换部分具有用于所述废气的多个流动路径，其中所述流动路径至少部分地被热电元件包围，所述热电元件在其背离所述流动路径的一侧以导热方式连接到冷却器件，其中至少沿至少一个流动路径设置不同类型的热电元件，或者至少一个流动路径具有用于流动操纵的至少一个元件。优选具有后面的特征的组合使用的实施例。所述装置特别地为所谓的热电发电机。所述废气入口和所述废气出口可被特别地设计作为排气管的排气系统的一部分。然而，还可以提供多个废气入口和/或多个废气出口。所述热交换部分形成所述发电机的核心。这特别地涉及通过所述发电机的废气的流动通路的一部分，在该部分中，废气将热能释放到热交换单元。废气可以在其通过发电机的路径上流过多个这样的热交换部分，但优选其中废气仅仅流过一个(连续的)热交换部分的变型例。为了现在提供用于热交换的最大可能的接触表面，废气流被分开进入多个流动路径，特别地，多个小管道。可通过用于废气的定向和/或非定向通路而形成多个流动路径， 例如，以规则的和/或不规则的方式在热交换部分内分开废气，其中，通常可以使所述废气分流(可以)在热交换部分内再次(重复地)彼此混合。所述多个流动路径优选彼此明显分离(例如通过连续的管道壁)。在多个流动路径和/或管道的情况下，在具体实例中，多个流动路径或管道还可以通过连接多个管道和/ 或开口而彼此连通。流动路径或管道的数目优选显著大于20个，例如至少50个或甚至至少100个管道。这些管道从而具有与废气入口相比显著减少的开口截面，因此可以提供通过流动路径/管道的壁形成的显著增大的热交换面积。具有热电元件的一个或两个热交换单元和冷却器件优选被设置为邻近流动路径。 所述管道优选与热交换单元邻接，即，导热接触。在该情况下，热电元件优选沿着管道设置， 特别优选在每种情况下在热交换部分中的流动路径的长度内设置不同类型的多个热电元件。冷却器件被设置在热电元件的背离流动路径的那一侧。这里，热电元件特别地被束缚性地连接到冷却器件。这特别地意味着热电元件粘附性地仅仅连接到冷却器件或部分热交换单元。因此特别地仅仅通过邻接接触而没有任何粘附性连接而发生与流动路径的导热接触。在本文中，“束缚性地”旨在表示当装置在工作时热电元件相对于冷却器件的相对移动是不可能的(在不拆除的情况下)，也就是说，热电元件被焊接、软钎焊、接合、锚固、螺丝固定或夹住或以某种其他方式紧固到冷却器件或热交换单元，其中同时确保了热电元件与冷却器件之间的面接触，这不会阻碍它们之间的热传导。在该装置的优选完善中，废气入口和废气出口被设置为彼此相反，并且热交换单元被沿径向设置到其上。废气入口和废气出口由此被整合成例如直线形的管状排气线。热交换单元围绕排气线沿径向且垂直于排气线设置，因而用于产生电能的废气必须沿径向改道离开流动的主方向，经过热交换部分，然后再一次和/或反复改道以同样通过流动的主方向中的废气出口而流出。这不仅提供了特别紧凑的结构，而且改道增加了废气的湍流，因而在下游热交换部分中，实现了与管道的壁的特别紧密的接触，从而确保了向热电元件的良好热传递。此外，热交换单元和冷却器件有利地形成有板元件，热电元件被设置在这些板元件上。由此可在两个叠置的板元件之间形成例如用于传导冷却剂的冷却管道。冷却器件和热交换单元从而相对稳定和结实，因而特别地防止了冷却剂的任何选出。然而，这意味着板元件也提供了用于热电元件的附接的范围，这些热电元件优选形成在板元件的背离冷却器件的一侧。热电元件从而被设置在例如板元件的随后还设置用于废气流动的管道的那个表面上。板元件可被提供作为模块并以易于装配的希望的形式被放在一起。这代表了制造这样的热电发电机的相对成本有效的方式。在该方面，这样的板元件特别有利地被设计为具有内部冷却器件和在面对邻近的流动路径的两侧的热电元件。可以通过碾磨或钻孔或以其他方式制造的冷却管道来形成内部冷却器件，在必要时可以(但不优选)将附加的材料并入到管道中。然而，板元件本身有利地由高度导热的材料形成，以确保从废气产生的热能最优地传递到热交换单元并因而进入热电元件中。此外，这些板元件提供了用于稳定的且受保护的向热电元件的电线路的排列。在本文中，还提出了使板元件形成有金属箔，该金属箔具有热电元件且被保护层覆盖。这里，金属箔具有的结构使得至少两个金属的叠层在其间形成特别地用于冷却剂的管道。板元件从而具有低的热质量且非常轻。此外，保护层(其特别地防止上侧的废气与被覆盖的热电元件接触)在热电元件与金属箔之间提供束缚性连接。保护层可以采取涂层和/或单独的部件(例如另外的金属箔)的形式。还可以通过构造的金属箔来制造可以通过层叠板元件制造的且可用于使废气流过其的管道。这里，多个金属箔可被设置为一个在另一个的顶上，因而也可以设置不被设置为邻近热电元件的管道。所使用的热电元件例如在根据以下特征中的至少一个的类型方面不同结构、材料、尺寸、电连接、接触面积等等。在流动路径的长度内不同类型的热电元件的使用允许更靶向性地且更有效地利用流过的废气的热能。备选地或附加地提出的具有用于流动操纵的至少一个元件的实施例具有改善从流过的废气到热电元件的热传导的功能。元件可以为附加的部件或流动路径的壁的一部分。特别地以该方式试图影响废气与流动路径的壁之间的接触(根据负载和/或根据温度和/或根据位置)。不同类型的热电元件特别地是指具有不同的效率或具有不同的最大效率的元件。 这里，一种类型的元件的关于热能到电能的转换的效率具有相对于平均废气温度的至少一个最大值。所述热电元件根据其不同效率被设置在流动路径的第一部分中或至少一个第二部分中。这些部分特别地是指通过具有不同平均废气温度的发电机的废气的流动路径的区域。具有不同效率最大值的热电元件因此应被设置为使得各自的效率最大值适于在每种情况下的在流动路径的各自的部分中的占优势的废气温度。因此，在相对高温的区域中具有效率最大值的热电元件应被设置在废气入口的区域中，相应地，在相对低温处具有其效率最大值的热电元件应被设置在废气出口的附近。这允许改善可用的热能向电能的转换。除了在废气的流动方向上串联的热电元件的设置之外，还可以以依赖于在流动路径中的平均占优势温度的对应设置来构造所述热电元件。对于这一点，至少一个流动路径被分成至少一个第一部分和至少一个另外的第二部分，在其中设置在每种情况下具有相同的效率最大值的热电元件。根据该装置的另一有利的实施例，至少一个流动路径具有导向叶片和/或导热结构。其目的是用于将尽可能大的量的热能从废气传递到热电元件。导向叶片特别地用于使废气偏转离开与壁的距离远的区域而朝向管道的这样的表面，所述表面以导热的方式被直接连接到热电元件。导向叶片特别地具有这样的表面，该表面投影到流动路径中并且适合使流过该流动路径的废气的至少一部分偏转朝向热电元件。所述完善(以及以下关于流动的讨论的完善)特别地涉及形成有相同的热电元件且仅仅具有用于流动操纵的元件的装置的实施例。因此，导向叶片和/或导热结构用于以靶向性的方式影响废气与流动路径的壁之间的接触(根据负载和/或根据温度和/或根据位置)。导热结构特别地为金属导热结构，其至少在流动路径的长度的一部分内延伸，投影到流动路径中并使废气流仅仅受到低的流动阻力。因此，导热结构优选为薄的且具有特别地冷却肋(rib)的方式的面设计。所述导热结构从而允许从流动路径的废气流过的整个截面吸收热。导热结构应被形成为具有高的热导率，以使从废气传递的热能耗散到热电元件。这里，导热元件被特别地设置在流动路径的下游部分中，以便在“相对冷的”废气的区域中，可从废气流以较高的程度耗散废气的现有余热。由此同时防止了在“相对热的” 废气的区域(即，在发电机的废气入口的直接下游)中设置的热电元件的过热。废气的峰值温度具体地在这里发生；在内燃机的具体操作点处，所述峰值温度可以为如此高，以致可能发生对热电元件的损坏。从热的废气到热电元件的热能的附加的耗散因此增加了损坏的可能性。在更下游的部分中，废气已经被冷却到可以可靠地避免由温度峰值导致的损坏的程度。特别地，应提供这样的结构，所述结构在一种结构中组合导向叶片的功能和导热结构的功能，所述导向叶片至少部分地使废气转向，所述导热结构通过大的接触表面和良好的导热特性而使热从废气耗散到热电元件。根据该装置的另一有利的实施例，至少一个流动路径具有在流动路径的第一壁上的结构和/或仿形(profiling)。仿形或结构特别地旨在防止或减轻废气在流动路径内的边界层流导致首先由于以该方式产生的紊流而使得与壁距离远的废气被供应到第一壁，因此可以从废气耗散热能的较大部分。此外，通过所述结构和/或仿形，在流动路径内的废气的动态压力应被增加为由于以该方式产生的漩涡和在流动路径内的废气的被迫的较长逗留时间而实现从废气到热电元件的改善的热传递。这里，第一壁表示其自身与热电元件直接导热连接的流动路径/管道的表面。结构特别地表示这样的表面，该表面已通过在流动路径的壁中的切口而产生并且投影到流动路径中。对照而言，仿形表示流动路径的这样的表面，该表面通过流动路径的壁的封闭表面区域(例如小突起、圆丘、隆起、结点、波纹)而形成的。这里，结构和仿形特别地被设置在流动路径的下游部分中，以便可以由于紊流的产生和边界层流的防止而以较大的程度在“相对冷的”废气的区域中从废气流耗散废气流的现有余热。由此同时防止了在“相对热的”废气的区域(即，在发电机的废气入口的直接下游)中设置的热电元件的过热。根据该装置的特别有利的实施例，在增加的动态压力下，至少一个流动路径内的废气被至少部分地传递到邻近的旁路流动路径中。以该方式，特别地避免了对由于过高废气温度而导致的热电元件的过载。这里， 随着压力的增大和/或在特定的可预设的压力之上，在一个流动路径中存在的废气的至少一部分以增大的程度被传递到邻近的(优选基本上平行的)流动路径中，该流动路径特别地不与热电元件直接接触。从而，在邻近热电元件的流动路径中，与热电元件的效率最大值对应的废气温度占优势。通过第二壁而特别地使邻近的旁路流动路径与这样的流动路径分隔，该流动路径与热电元件直接导热接触。所述第二壁因此不与热电元件直接导热接触。 第二壁特别地被至少部分地设置有开口，以便允许废气从该流动路径传递到旁路流动路径中。根据上面做出的陈述，本发明因此还涉及一种用于从内燃机的废气产生电能的装置，其包括发电机，所述发电机具有废气入口和废气出口以及其间的热交换部分，其中所述热交换部分具有用于所述废气的多个流动路径，其中所述流动路径至少部分地被热电元件包围，所述热电元件在其背离所述流动路径的一侧以导热方式连接到冷却器件，在该装置中提供至少一个旁路流动路径，其中在增加的动态压力下，至少一个流动路径内的所述废气被至少部分地传递到邻近的旁路流动路径中。由于以该方式也单独地实现了相对于现有技术的改进，因此该构思也被独立地请求保护。可由下面的解释(特别地下面两段以及自调节的过载保护方法的示例)汇集了对所述构思的完善。在特别有利的实施例中，通过实体(body)形成旁路流动路径，该实体被设置在流动路径中并具有开口的底表面，在流动路径内与废气的流动方向相反地逐渐变细，并且具有第二壁，废气可流动通过该第二壁。该实体可被特别地设计为锥形或斜角的形式。这里，实体特别地由与流动路径的壁或表面相同的材料形成，并且如果合适，甚至在具有后者的一个件中，即，以强制闭锁(positively locking)或非强制闭锁(non-positively locking)的方式。形成实体的第二壁由此特别地不与热电元件导热接触，即，至少大部分不与第一壁接触，并被设置在流动路径内。此外，实体的第二壁被设计为可渗气的，以便来自流动路径的废气可在实体中经过，然后流到废气出口。随着废气的动态压力的增加，不断增加的量的废气将通过第二壁内的第一开口进入实体中，因此不向流动路径的与热电元件接触的第一壁耗散热(仅仅少量热)。这里，实体和/或旁路流动路径应被设置为使开口优选在流动路径的整个长度内延伸，以便已来自流动路径的第一部分的废气可以进入所述旁路流动路径中或进入所述实体中，从而避免了特别地在废气入口的区域中设置的热电元件的过热。此外，可以为热交换部分的至少一部分提供附加的冷却。这意味着例如可以根据需要激活第二冷却电路。特别地，附加的冷却装置特别优选为热电元件的相反连接，以便这些冷却装置用作帕尔贴元件。所述热电元件因此可以在流过热电发电机的过热废气的情况下冷却热交换部分和/或自身。在一个实施例中，该装置形成有至少一个催化转换器部分，所述催化转换器部分至少部分地设置在热交换部分的关于流动的上游。这里，被转向到热交换部分中的废气特别优选首先流过催化转换器部分，随后到达热交换部分。废气特别优选沿相反方向流过催化转换器部分和热交换部分。优选在催化转换器部分中提供径向蜂窝结构。催化转换器部分的蜂窝结构被涂覆有载体涂料(washcoat)和氧化催化剂(优选钼)。在催化转换器部分中，由于对废气的成分的催化转换，启动放热反应，该放热反应增加了废气中的热能。然后所述“预热的”废气用于产生更大量的热电能。如果合适，催化转换器部分可形成有不同的涂层和/或催化剂。催化转换器部分还可以在接触区域和/或所供给的废气方面被可变地设计，以由此以靶向性的方式调节温度升高。特别地，废气流过的发电机的管道的至少部分区域和另外的区域的壁(特别地，热交换部分的管道的至少部分区域)还可以被涂覆有载体涂料和氧化催化剂。这里，第一壁，即管道的直接邻接热电元件的那些区域，优选不具有这样的涂层，这是因为，这样的话，会损害从流动路径到热电元件的热传导。在另一有利的实施例中，氧化催化转换器是可加热的。这样，氧化催化转换器会特别快速地达到其起燃温度，因此废气的催化转换开始。因此，废气的温度以及由此发电机的效率更快速地增加。在附加的完善中，在热交换部分的下游设置至少一个NOx累积器。这样的设置特别有利，这是因为，由于大量的热从废气耗散，在装置的下游仅仅低的废气温度占优势。所述温度特别地长时间地在NOx累积器的解吸附温度之下，以便氧化氮可从废气可靠地去除并在排气系统中被转换(例如通过SCR部件)。上述目的还可通过用于从内燃机的废气产生电能的方法实现，其包括发电机，所述发电机具有废气入口和废气出口以及其间的热交换部分，其中所述热交换部分具有用于所述废气的多个流动路径，其中所述流动路径至少部分地被热电元件包围，所述热电元件在其背离所述流动路径的一侧以导热方式连接到冷却器件，其中至少根据所述废气的总质量流或温度来调节所述废气与所述热电元件之间的导热接触。在该方法的特别有利的实施例中，至少根据所述废气的总质量流或温度以自调节的方式调节所述废气与所述热电元件之间的导热接触。特别地通过过载保护装置实现对导热接触的调节，所述过载保护装置特别地被设置用于通过第一壁以导热方式与热电元件直接接触的所有流动路径。所述自调节的过载保护特别地通过旁路流动路径实现，所述旁路流动路径被设置为邻近流动路径并特别地与所述流动路径基本上平行，且所述旁路流动路径特别地设置在流动路径内。这里，在每个情况下通过废气入口进入装置的现有废气流的仅仅极小部分流过具有过载保护的所述至少一个流动路径。特别地，所述流动路径被设计为通过废气入口流入装置的废气流的仅仅至多 5体积％、优选至多1体积％、特别优选至多0. 1体积％流过所述流动路径。在另一有利的实施例中，该方法具有自调节的过载保护装置，该过载保护装置根据废气的动态压力使增加的量的废气以自调节的方式与流动路径的第一壁在流动方面分离。这里，自调节的过载保护装置被设计为在增加的动态压力下，连续增加的量的废气不与流动路径的第一壁接触，而是特别地进入不与热电元件直接导热连接的邻近的旁路流动路径。在另一实施例中，自调节的过载保护装置被设计为仅仅在特定的动态压力水平之上使得增加的量的废气与流动路径的第一壁在流动方面分离。用于过载保护的方法被具体地用于在独立构思中具有如上所述的旁路流动路径的装置中。本发明极其特别地被用于机动车辆中，特别地被用于具有内燃机的乘用机动车辆中。
将基于示意性附图更详细地解释本发明和技术领域。应指出，附图示出了特别地优选的实施例变型，然而本发明不受此限制。在附图中
图1示意性示出了该装置在机动车辆中的整合；图2示出了热交换单元的细节；图3示出了用于构造热交换部分的金属箔的实例；图4以分解图示出了用于热交换单元的可能结构；图5示出了穿过具有热电元件的冷却器件的上部的局部截面；图6以侧视图示出了根据本发明的一种完善(refinement)的穿过流动路径的横截面；图7以侧视图示出了具有旁路流动路径的穿过流动路径的横截面；图8以侧视图示出了具有旁路流动路径的另一完善的穿过流动路径的横截面；以及图9示出了流过流动路径和旁路的废气的曲线示例。
具体实施例方式图1示意性示出了所述类型的装置1的优选使用。这里示出的是具有内燃机3的机动车辆29。在内燃机3(例如奥托引擎或柴油机)中产生的废气2流到废气净化部件27、 28。根据本发明的装置1被有利地设置在内燃机3的直接下游或对应的废气净化系统中。所述装置还可以被设置作为废气再循环系统的部件，其中可以有利地利用废气冷却器。根据有利的实施例，在装置1的上游连接氧化催化转换器27，该氧化催化转换器 27也可以被至少部分地整合在装置1中。在装置1的下游有利地连接NOx累积器观，该NOx 累积器观同样可以被至少部分地整合到装置1中。装置1具有废气入口 5，废气2通过该废气入口 5而流入装置1中。这里通过热交换部分7而形成装置1的发电机4，热交换部分7特别地由多个具有热电元件9的热交换单元44和设置在流动路径8之间的至少一个冷却器件11构造，以便可通过流动路径8的表面31将废气2的热能传导到热电元件9，热电元件9可由于温热的废气2与冷却器件11之间的温度势而产生电能。在流动路径8内优选地设置结构19，该结构19首先导致在废气2中形成紊流，以便改善从废气2到流动路径8的表面31的热传递。废气2通过废气出口 6而离开发电机4。图2示意性示出了热交换单元44的构造。热交换单元44被设置为邻近在两侧设置的流动路径8，热废气2流动通过所述流动路径8。热交换单元44包括内部冷却器件11， 其中在每种情况下至少一个热电元件9被设置在冷却器件11与流动路径8之间。为了便于解释，在图3的顶部另外示例了这样的图，该图示出了在流动路径8或至少一个热电元件 9的长度32内的废气温度33。在热电元件9的与流动路径8相反的一侧10的温度由于冷却器件11而显著较低。这导致所谓的塞贝克效应，从而可以从热电元件9拾取电流，该电流被供给到电池；34。这里，为了特别地防止热电元件9或半导体元件与废气2之间的直接接触，设置保护层43。此外，至少在一个流动路径8中，规定沿流动方向串联设置不同类型的多个热电元件9，在每种情况下关于平均占优势的废气温度33而根据其效率来选择这些热电元件9。 这里，在较高的平均废气温度的区域中(在图2中的图像的右侧)，设置在高的废气温度33 处具有高效率的热电元件9。在所示出的流动路径8的左手部分中设置在较低的废气温度33处具有对应高效率的热电元件9。因此，可以从废气的热能得到尽可能大量的电能。图3示出了用于构造热交换部分7的金属箔35的实例。热交换部分7因此由一个层叠在另一个的顶上的金属箔35形成并相应地形成具有流动路径8的径向蜂窝体，流动路径8从内侧延伸到外侧，且废气2可相应地从内侧到外侧或从外侧到内侧流过流动路径 8。这里特别地使用金属箔35来为废气2划定流动路径8的边界和/或为冷却器件11划定管道的边界。所述金属箔35具有至少部分地构造的表面31，该表面31沿金属箔35的圆周方向具有交替的凸起和凹陷，以便形成沿半径45的方向延伸的管道。这些管道也可以螺旋的方式延伸，以便形成沿半径45的方向交替的凸起和凹陷。如果多个这样的金属箔35 被层叠为一个在另一个的顶上，则可以在它们之间形成流动路径8和/或冷却器件11。图4以分解图示意性示出了板元件36的形式的热交换单元44的可能结构。所述板元件36包括在图4的顶部处示例的上盘37。假定存在例如热电元件9的径向排列，其特别地具有管道8的类似对准。此外，热交换单元44具有中心盘37，在该中心盘37中形成冷却器件11。为了该目的，冷却剂在冷却器件11中流动，沿圆周方向在盘37中环流，然后再流出。然而，还可以实现冷却剂的其他流动方向和/或流动分布。在中心盘37之下设置另一个盘37，该盘37又具有在此仅仅以虚线示出的热电元件9，这是因为它们位于所示出的盘37的下侧。图5示出了穿过具有热电元件9的冷却器件11的上部的局部截面。应指出，仅仅为了完整的目的，在冷却器件11中(通常)设置并联和/或串联电连接的多个热电元件9。 热电元件9在此被气密性地设置在保护层43与冷却器件11的盘37之间并粘着性地连接到盘37。热电元件9包括不同半导体块(ρ型半导体块40和η型半导体块39)的多对排列， 这些半导体块在其上侧和下侧交替连接到金属导电桥41。桥41被安装在陶瓷板38上，以便通过桥41而确保定向电流流动。如果热废气2然后流过保护层43，则该侧发热，而相对侧被冷却剂冷却。于是，根据塞贝克效应，可以将热能有效地转换成电能。图6示意性示出了具有热交换单元44的流动路径8的细节的侧视图。这里，热废气2流入流动路径8中，其中特别地通过在第一壁21上的仿形20打断任何存在的边界层流，所述仿形与热电元件9直接导热连接。此外，还可设置导向叶片15，其同样被提供用于在废气流中产生紊流，以从而允许从废气2到第一壁21的改善的热传递。此外，特别地在第一壁21上，可以设置导热结构16，其具有附加的热容量并因此首先从废气2去除尽可能大的量的热能并将所述热能耗散到第一壁21，其次从废气2积聚现有的热能并将所述热能连续地且以轻微的时间延迟耗散到第一壁21。沿着流动路径8设置第一部分12和至少第二部分13，在其中不同类型的热电元件9被设置在板元件36中。这里，可以串联设置相似类型的多个热电元件9。图7示意性示出了具有旁路流动路径23或过载保护装置17的流动路径8的侧视图，从而保护热交换单元44和特别地热电元件9免受废气2的过高温度。废气2流入流动路径8中，其中在增加的动态压力22下，通过第二壁沈将增加的量的废气2传递到邻近的流动管道中，第二壁沈特别地由金属箔35形成。这里，流动路径8还可被形成为在其范围 (在此未示出)内为圆锥形的，即，特别地沿废气流动方向变窄。以该方式，特别地，随着废气2的动态压力22的增加，通过在第二壁沈中设置的孔将增加的量的废气2传递到邻近的过载保护装置17或旁路流动路径23。特别地，旁路流动路径23被设置在多个流动路径8之间，以便通过第二壁沈使废气2从多个流动路径8流入旁路流动路径23。因此与流动路径8相比，旁路流动路径23可以特别地具有不同的横截面，特别地较大的横截面。图8示意性示出了在流动路径8内设置的过载保护装置17或旁路流动路径23的另一有利实施例。这里，特别地，在流动路径8内设置实体M，其在流动路径8内与废气的流动方向相反地逐渐变细。在图8的上部中，以锥形的形式示例了实体M。在图8的下部中，通过从第一壁21开始与废气2的流动方向14相反地延伸的斜角形成实体M。通过第二壁沈形成实体M，该第二壁沈为穿孔的设计，以便废气2可流过该第二壁26。实体M 的底表面25被形成为开口的，以便废气2可通过底表面25而流出流动路径8。在增加的动态压力22下，流动路径8内的废气2特别地在整个第二壁沈内流入实体M中，而在低的动态压力22下，废气2沿着第二壁沈流到流动路径8的终端，并且废气2的热能特别地通过流动路径8的第一壁21通过热电元件9而耗散到冷却器件11。在高的动态压力22下， 废气2由此通过第二壁沈而流入特别地已经在流动路径8的第一部分12中的旁路流动路径23中，从而不再与第一壁21形成接触。在低的动态压力22下，废气2将首先通过流动路径8的第二部分13中的第二壁沈的特别地相对大的开口 46而流入旁路流动路径23中， 以便在流动路径8的整个长度内，废气2的较大部分与第一壁21形成接触。图9示出了各废气首先流过流动路径/管道8，然后流过旁路流动路径23或过载保护装置17。这里，作为增加的动态压力22的函数，通过废气入口 5流入装置1中的废气 2的量优选作为通过流动路径8的主废气流46流动，并且将仅仅连续地流过第二壁沈，然后作为旁路废气流48例如部分地流过过载保护装置17或旁路流动路径23。在旁路流动路径23在流动路径8内的实施例中，例如由于与图8对应的实体M 的设置，在图8中的坐标49处的图9在此也表明，在增加的动态压力22下，增加的量的废气2已经流过坐标49处地第二壁沈，并且作为旁路的废气流48不再直接接触第一壁21。本发明包含至少三个方面，其导致对现有技术的显著完善1.用于流动操纵以靶向性地调整从废气流到热电元件的热传递的构思，2.用于实现(自调节的)旁路作为过载保护装置的构思，以及3.用于对(不同)流动条件的热电元件的靶向性设计的构思。即使所述构思在此已经被彼此部分结合地进行了解释并实际上带来协同优点，但单独的实施也可提供对热电发电机的已知设计的显著改进。参考符号列表1 装置2 废气3内燃机4发电机5废气入口6废气出口7热交换部分8流动路径/管道9热电元件10 一侧
1CN 102245871 A
11冷却器件
12第一部分
13第二部分
14流动方向
15导向叶片
16导热结构
17过载保护
18边界流
19结构
20仿形
21第一壁
22动态压力
23旁路流动路径
24实体
25底表面
沈第二壁
27氧化催化转换器
28N0x累积器
29机动车辆
30用于流动操纵的元件
31表面
32长度
33温度
34蓄电池
35金属箔
36板元件
37盘
38陶瓷板
39η型半导体块
40ρ型半导体块
41桥
42电流路径
43保护层
44热交换单元
45半径
46开口
47主废气流
48旁路废气流
49坐标
权利要求
1.一种用于从内燃机⑶的废气⑵产生电能的装置(1)，包括发电机G)，所述发电机(4)具有废气入口( 和废气出口(6)以及其间的热交换部分(7)，其中所述热交换部分 (7)具有用于所述废气O)的多个流动路径(8)，其中所述流动路径(8)至少部分地被热电元件(9)包围，所述热电元件(9)在其背离所述流动路径⑶的一侧(10)以导热方式连接到冷却器件(11)，其中至少沿至少一个流动路径(8)设置不同类型的热电元件(9)，或者至少一个流动路径(8)具有用于流动操纵的至少一个元件(30)。
2.根据权利要求1的装置(1)，其中所述热电元件(9)具有相对于平均废气温度的不同效率最大值，并且关于其不同的效率而被设置在流动路径(8)的第一部分(1 中或至少一个第二部分(1 中。
3.根据权利要求1或2的装置(1)，其中至少一个流动路径(8)具有至少一个导向叶片(15)或导热结构(16)。
4.根据上述权利要求中的一项的装置(1)，其中至少一个流动路径(8)在所述流动路径(8)的第一壁上具有至少一个结构(19)或一个仿形00)。
5.根据上述权利要求中的一项的装置(1)，其中在增加的动态压力0 下，至少一个流动路径(8)内的所述废气( 至少部分地传递到邻近的旁路流动路径03)。
6.根据权利要求5的装置(1)，其中通过实体04)形成旁路流动路径(23)，该实体 (24)被设置在所述流动路径(8)中并具有开口的底表面(25)，在所述流动路径(8)内与所述废气( 的流动方向(14)相反地逐渐变细并且具有第二壁( )，所述废气( 可流动通过该第二壁06)。
7.根据上述权利要求中的一项的装置(1)，其中在所述热交换部分(7)的上游设置至少一个氧化催化转换器(XT)。
8.根据权利要求7的装置(1)，其中所述氧化催化转换器(XT)可加热。
9.根据上述权利要求中的一项的装置(1)，其中在所述热交换部分(7)的下游设置至少一个NOx累积器08)。
10.一种用于通过装置(1)从内燃机C3)的废气( 产生电能的方法，所述装置(1)包括发电机G)，所述发电机(4)具有废气入口( 和废气出口(6)以及其间的热交换部分 (7)，其中所述热交换部分(7)具有用于所述废气( 的多个流动路径(8)，其中所述流动路径(8)至少部分地被热电元件(9)包围，所述热电元件(9)在其背离所述流动路径(8)的一侧(10)以导热方式连接到冷却器件(11)，其中至少根据所述废气( 的总质量流或温度 (33)来调节所述废气( 与所述热电元件(9)之间的导热接触。
11.根据权利要求10的方法，其中至少根据所述废气(2)的总质量流或温度(33)以自调节的方式调节所述废气( 与所述热电元件(9)之间的所述导热接触。
12.根据权利要求11的方法，其中过载保护装置(17)根据所述废气O)的动态压力 (22)使增加的量的废气O)以自调节的方式与流动路径(8)的第一壁在流动方面分1 O
13.—种机动车辆( )，其具有内燃机C3)并具有根据权利要求1到9中的一项的用于从废气(2)产生电能或者通过根据权利要求10到12中的一项的方法操作的装置(1)。
全文摘要
本发明涉及一种用于从内燃机(3)的废气(2)产生电能的装置(1)，包括发电机(4)，所述发电机(4)具有废气入口(5)和废气出口(6)以及其间的热交换部分(7)，其中所述热交换部分(7)包括用于所述废气(2)的多个流动路径(8)，所述流动路径(8)至少部分地被热电元件(9)包围，所述热电元件(9)在其背离所述流动路径(8)的一侧(10)被导热连接到冷却器件(11)。
文档编号F01N5/02GK102245871SQ200980150128
公开日2011年11月16日 申请日期2009年11月25日 优先权日2008年12月17日
发明者R·布吕科, S·林贝克 申请人:排放技术有限公司