用于机动车辆的热电发生器的具有热交换器的装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种装置，其具有热交换器(1)，所述热交换器(1)至少包括具有用于流体(5)的入口(3)和出口(4)的壳体(2)，并且具有内管道(6)，所述内管道具有沿着轴向方向(7)延伸的第一端面(8)、相反的第二端面(9)以及带开口(11)的第一周向面(10)，还具有多个热交换器管道(12)，所述热交换器管道平行于所述轴向方向(7)布置在所述周向面(10)的外侧，其中所述壳体(2)围绕着所述热交换器管道(12)和内管道(6)，并且所述入口(3)流体式连接到所述第一端面(8)，其中，引导部件(13)布置在所述热交换器管道(12)之间，使得通过所述第一端面(8)进入到所述内管道(6)中的流体(5)从所述内管道(6)沿径向方向(14)流过所述热交换器管道(12)。所述装置尤其用于置于机动车辆的底部以构成热电发生器。
【专利说明】用于机动车辆的热电发生器的具有热交换器的装置【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于热电发生器的具有热交换器的装置，尤其用于布置在机动车辆的地板下部的区域中。
【背景技术】
[0002]来自机动车辆的内燃机的废气会释放热能，通常希望通过热电发生器来将所述热能转换为电能，以便例如为电池或一些其它的能源存储件充电和/或将所需的能源直接供给电力消耗器。以此方式，得到了更多的能量来操作机动车辆。通过使用热电发生器，进一步增加了内燃机的能量效率。
[0003]所述类型的热电发生器至少具有大量的(如果适当的话为模块化的)热电转换元件。热电材料是能以有效的方式将热能转换为电能(塞贝克效应)或相反(珀尔贴效应)的材料。塞贝克效应基于热能转化为电能的这一现象，并且用于产生热电能。珀尔贴效应与塞贝克效应相反，是与热吸附有关的现象，且由流过不同的材料的电流而产生。已经提出将拍尔贴效应例如用于热电冷却。
[0004]此类热电转化元件优选地具有多个位于所谓的热端和所谓的冷端之间的热电元件。热电元件包括例如至少两个半导体块体(P型和η型)，其在它们的上侧和下侧(分别面对热端和冷端)交替地连接到导电桥。陶瓷片体或陶瓷涂层或其它塑料和/或相似材料充当绝缘金属桥，且因此优选地设置在金属桥之间。如果在半导体块体的两侧提供温度梯度，则会形成电势。在这种情况下，在一个接触点(热端)吸收热，电子从这一端传到下一块体的高能传导带。在另一端，电子 释放能量以便返回低能级(冷端)。因此，在给定相应的温度梯度时可产生电流。
[0005]在热电发生器的设计和其在机动车辆中的应用中必须克服种种挑战。其中，在热电转化元件中必须提供良好的热传递，以使所存在的温度差能有效地转换为电能。此外，在内燃机的会在多种负载条件下操作的废气系统中，必须提供适合热电元件的温度水平。热电元件在这种装置或废气系统中的设置必须考虑到这些方面。包括热电元件的热电发生器的布置导致了这样的问题，即一方面，由于尽可能多的来自废气的热量需要用于生产电能，并且因此相应的封闭连接的布置将是有利的，另一方面，必须考虑受限的空间条件和所容许的最大温度。
【发明内容】
[0006]相应地，本发明的目的是至少部分地解决针对现有技术所提出的问题。尤其是寻求一种装置，其可以在内燃机的所有操作点处使用，并且在来自废气的热能转换中展现出高效率。另外，该装置应该具有尽可能节省空间的构造，并且尤其适合于布置在机动车辆的地板下部的区域中。另外，可以不需要笨重的集成措施而将装置可拆卸地安装到机动车辆中。
[0007]通过根据权利要求1的特征的装置达到了所述目的。独立权利要求中描述了根据本发明的装置的有利的实施方案。需要注意的是，权利要求中所单独描述的特征可以任何所期望的技术便利的方式彼此结合并且形成本发明的另外的实施方案。说明书尤其结合附图地进一步解释了本发明，并且描述了本发明的补充的示例性实施方案。
[0008]该装置具有热交换器，尤其用于布置到机动车辆的内燃机的废气系统中，所述热交换器具有至少一个具有用于流体的入口和出口的壳体。另外，所述热交换器具有内管道，所述内管道具有轴向方向、第一端侧、相反的第二端侧，以及具有开口的第一周向面。还设置有多个热交换器管道，所述热交换器管道平行于轴向方向地布置在第一周向面的外侧。壳体围绕着热交换器管道和内管道。入口流体式连接到第一端侧。另外，引导部件布置在热交换器管道之间，使得通过第一端侧进入到内管道中的流体从内管道沿径向方向流过热交换器管道，并且之后传递到流出管道中，所述流出管道沿径向方向看去位于热交换器管道和壳体之间。流体首先偏转到沿流出管道的轴向方向的流动方向上，其中流出管道流体式连接到出口。
[0009]壳体优选为圆的，尤其为正圆形或椭圆形/卵形，但是并非限于这种形状。尤其为内燃机的废气的流体通过入口流动到壳体中，并且沿轴向方向通过第一端侧流动到内管道中。内管道在其周向面上设置有开口。内管道的第二端侧尤其设计成使得其可以闭合，使得流体通过内管道的第一周向面中的开口沿径向方向离开内管道。在内管道的第一周向面外侧设置引导部件，所述引导部件尤其沿轴向方向和径向方向延伸，使得流体尤其是仅仅沿着沿径向方向流过布置在那里的引导部件和热交换器管道，并且因此进入到流出管道中，同时沿径向方向流动。尤其地，流出管道在整个周向上围绕着内管道、引导部件和热交换器管道。此处，流体再次偏转到轴向方向中，并且尤其在出口的方向上沿着壳体流动。
[0010]尤其是仅仅由于经过热交换器管道的径向流动，得到了热量到热交换器管道上的均匀传递，这尤其使得在热交换器管道的外表面上没有显著的温差。尤其是，在热交换器管道的周向方向和轴向范围中，流体所流经的热交换器管道的外表面上的最大温差总共至多为30开尔文，尤其至多15开尔文，优选至多10开尔文，并且尤其优选至多5开尔文。以此方式，热交换器管道关于热梯度和热膨胀承受到均匀的负载。
[0011]尤其地，内管道的第一周向面上的开口分布成使得在内管道的第一周向面上具有均匀的流动分布。通过内管道的第一周向面的非均匀的流动缘自内管道中非均匀的压力分布。所述非均匀的压力分布基本可归结于如下事实，即流体撞击在封闭的或至少局部封闭的内管道第二端侧上，并且在该位置处产生了相对高的背压，使得在这里通过第一周向面的流体量要大于在敞开的第一端侧的区域中的流体量。通过调节第一周向面上的开口的数量和/或尺寸和/或形状来达到均匀的流动分布。这也意味着在每单位面积的内管道的第一周向面上流过相同量的流体。尤其是，在内管道的第一端侧的区域中在第一周向面上设置有相对大的开口和/或较大数量的开口。开口也可以(局部地)配属有(分别为一个或多个)引导结构(罩、叶片、刀片等)，在流体通过开口后，流体通过所述引导结构例如朝向热交换器管道引导、集中、聚集等。
[0012]内管道的第一周向面尤其至少敞开75%，也就是说75%的第一周向面由第一周向面中的开口形成。此处，开口还尤其用于流动分布，使得布置在第一周向面外侧的热交换器管道被相应的流动所撞击。这允许改善从流体到热交换器管道中的热量传递，并且阻止过度的压力损失。开口尤其具有至多6_ (毫米)的最大直径。[0013]在热交换器的一个有利的改进中，出口流体式连接到第二端侧，其中第二端侧可以至少局部地闭合，使得一方面流体流经第一周向面和第二端侧，另一方面流体能够控制。尤其是，在第二端侧的区域中布置了可以针对性地方式被驱动和/或移动的活板，当所述活板完全或部分闭合时，流体不会流过或部分地流过第一周向面。当活板处于完全打开的位置时，流体可以基本上完全地朝壳体出口的方向流过第二端侧。当废气温度过高而使得热交换器管道不能够被充分冷却时，或者当不能够对冷却装置施加额外负担时，这尤其是必要的。另外，因此还可以将布置在下游的废气处理单元处的热量的引入控制为使得仅产生可控的缘自热交换器管道上的流动的热损失。热能量因此保持存储在流体中，并且首先在热交换器的下游释放到废气管线中的额外提供的废气处理单元中。另外，在高流量的情况中，第二端侧可以至少局部地敞开，使得随着流体通过热交换器而升高的压力损失保持为低的。
[0014]优选考虑到内燃机的操作点和/或考虑到流体的特征值(温度、压力、流体组分)地来进行内管道的可闭合的第二端侧的控制和/或调节。为此目的，可以设置控制器，所述控制器控制流经内管道的第二端侧和/或第一周向面的流体的部分。
[0015]在装置的一个有利优化中，在热交换器管道中设置了热电元件。此处，热电元件尤其在热交换器管道的轴向方向上以环形的方式一个堆叠于另一个之上。热流体(废气)在外侧流过热交换器管道，而冷却流体(水)在内部通道中流过热交换器管道。在热交换器管道的外表面和内部通道之间所形成的温度梯度导致了如下结果，即电连接的热电元件产生了电流，并且可以在热交换器的壳体上通过适合的电端子来拾取所述电流。因此，具有热交换器的装置作为热电发生器来操作，其尤其连接到机动车辆的电存储器或电消耗器，以此方式使得机动车辆可以获得由热电发生器所产生的电流。
[0016]由于热交换器管道上的实际上(大致上)仅仅沿着径向的流动，相同的热电材料可以用于热交换器中的热电元件，这是因为沿着内管道的第一周向面的和/或流体所流过的热交换器管道的外表面上没有(显著的)温度梯度。因此可以保证热电发生器的简单构造，并且可以高效率地来生成电能。
[0017]对于用于热电元件的热电材料尤其作如下考虑:
[0018]η型热电材料:娃化物(例如MgS1-MgSn)；
[0019]P型热电材料:津特耳相(例如Zn4Sb4X
[0020]已经证实，所述材料是尤其有利的，并且允许热流体(废气)的热能有效转换成电能。硅化物尤其为硅的二元金属化合物，其可以用作半导体。津特耳相尤其为高度正电性的碱金属或碱土金属与元素周期表的从第13族到第16族的中度负电性元素之间的金属间化合物。一些津特耳相为这样的抗磁性半导体，相比于金属导体，其传导性随着温度的增加而增加。
[0021]在装置的另一个有利改进中，提供了外管道，其围绕着内管道和热交换器管道延伸，并且具有带开口的第二周向面，其中引导部件连接到内管道和/或外管道。此处，连接尤其为紧密接合的形式。针对内管道所进行的描述相应地适用于外管道。
[0022]尤其地，外管道在整个周向上围绕着内管道延伸，使得热交换器管道布置在位于内管道和外管道之间的中间区域中。作为外管道的布置的结果，引导部件可以尤其有利的方式布置在热交换器管道之间，这是因为引导部件可以此方式在内管道的一侧和在外管道的另一侧固定。尤其地，内管道和外管道可以预组装，并且与引导部件和热交换器管道一起(或者没有热交换器管道)设置为一个单元，使得内管道上的(和外管道上的)开口相对于引导部件和相对于热交换器管道布置到相应的定向中。在此情况中，正确的定位包含这样的布置，其在流动上适合于使得引导部件也不会局部地闭合开口，并且通过第一周向面进入的流体和/或通过第二周向面离开的流体的压力损失保持为低的。
[0023]在一个改进中，还提出了由至少一个金属箔来制造至少一个引导部件。金属箔尤其为至少12μπι和至多120μπι (微米)厚，并且优选包括含铬和镍的钢。引导部件尤其通过软焊连接或硬焊连接以紧密接合的方式连接到内管道和/或外管道，以允许引导部件的持久耐温的布置。优选地，在沿周向方向观测时，彼此相邻布置的两个热交换器管道之间分别设置两个引导部件。
[0024]尤其地，所述至少一个引导部件布置成与热交换器管道具有2_到7_ (毫米)的间隔。所述间隔导致在热交换器管道的有效外表面上的流体的有利分布。尤其地，热交换器管道具有25mm到35mm (毫米)、尤其是直到至多30mm的最大直径。尤其地，热交换器管道在周向方向上彼此间隔开4mm到14mm (毫米)的距离。
[0025]根据另一个改进，至少一个引导部件和/或至少一个热交换器管道配备有用于在流体的流动中产生紊流的结构。所述结构可以通过增加的粗糙度和/或通过微结构和/或通过引导结构的形状来形成。所述结构在围绕热交换器管道的流体流中产生紊流，使得改善了从流体流到热交换器管道的热传递。以此方式，增加了可从流体流中吸收的热能的量，并且增加了通过热交换器管道所释放的热能的量。以此方式，此处可以更有效地使用热交换器或热电发生器。在一个尤其有利的改进中，(额外地或备选地)设置成配备有至少一个热交换器管道，在其外表面上具有用于在流体流动中产生紊流的结构，其中使用了与引导部件上的结构相当的结构。尤其地，所述结构布置在热交换器管道上和引导部件上，并且关于其定位和对流动的影响彼此协调。
[0026]尤其地，微结构设计成凸起和/或凹痕的形式。凸起从引导部件/热交换器管道的表面开始向外延伸，而凹痕向内延伸。
[0027]尤其地，由增加的粗糙度来形成所述结构。此处，相对于热交换器管道的朝向热电元件或冷却流体的表面的粗糙度而言，增加了热交换器管道的朝向流体流的表面的粗糙度。尤其地，热交换器管道的朝向流体流的侧部上的粗糙度增加到至少5倍，优选至少10倍，并且尤其优选至少20倍。粗糙度取值为平均粗糙度Ra或平均粗糙度深度Rz。通过国际标准、例如DIN EN IS04287，本领域技术人员已经知道了决定特征粗糙度值的方法。
[0028]在另一个有利的改进中，内管道和流出管道之间的流体流动的压力损失与流出管道的第一端部和壳体出口之间的压力损失相比大至少4倍，尤其是大9倍。此处，在内管道中的沿着内管道的中轴的任意所需的点上，以及在流出管道中在设置在始于内管道的测量点的径向方向中的流出管道中的点上，测量内管道和流出管道之间的流体流动的压力损失。在入口或在第一端侧的区域中，以及在出口处的在壳体的中轴区域中，在靠近流出管道的封闭侧的点处测量流出管道的第一端部和壳体出口之间的压力损失的测量点。所述比率意在表示流出管道中的流体和直到壳体出口的另外流动区域中的流体不会受到任何显著的流动阻碍，并且因此仅经受很小的压力损失。实际压力损失在经过热交换器管道的流动中增加，并且也是流体和热交换器管道之间的热传递的标准。这基本由于如下事实，即压力损失由于沿流体的流动方向布置的热交换器管道对流体的阻碍而升高。流体撞击热交换器管道，并且被引导围绕着热交换器管道。通过内管道以及(如果适合的话)外管道中的开口，实现了热交换器管道的有效外表面上的流体流的尽可能均匀的分布。所述方法首先导致在所述区域中产生相对高的压强损失，并且其次实现了流体和热交换器管道之间的热传递的优化。所述比率尤其应用于如下情况，即使用废气作为流体，产生了机动车辆中通常的平均废气体积流速，废气的温度处于200°C到600°C的范围中，并且通过内管道的开口引导全部废气。
[0029]在装置的一个有利的改进中，至少一个引导部件围绕热交换器管道延伸过至少120°的拐角区域。这尤其意为表示，优选所有的引导部件将废气和/或流体引导着围绕热交换器管道的外表面。由于流体沿径向流出内管道，流体在流出管道的方向中流过的有效横截面积随着从内管道的中轴开始增加的半径而增加。现在，所述增加的横截面积由引导部件并且同时由布置在内管道的第一周向面上的热交换器管道所限制。此处，沿着热交换器管道的外表面引导流体，使得在流体和热交换器管道之间实现了可能的最有效的热传递。为此目的，热交换器管道的尽可能大的拐角区域由引导部件所覆盖，使得在所述区域中进行流体的引导。尤其地，通过热交换器管道的两个侧部上的拐角区域来实现所述热交换器管道的覆盖，使得总共至少240°的热交换器管道由引导部件所覆盖。尤其地，所述拐角区域涉及到引导部件的如下区域，即，所述区域与热交换器管道的外表面间隔开2_到7mm,尤其间隔开2_到12_。
[0030]如果至少一个引导部件布置成相对于相邻的热交换器管道具有恒定的间隔，则是尤其有利的。此处，热交换器管道的外表面和引导部件之间的间隔尤其针对于热交换器管道或引导部件的沿轴向方向的范围而言是恒定的。尤其地，所述恒定的间隔还沿径向方向涉及引导部件和热交换器管道。这用于表示流体被以此方式引导通过热交换器管道，即，其靠近热交换器管道的外表面并流过该外表面上的尽可能大的区域，使得可以具有从流体到热交换器管道的尤其良好的热传递。尤其优选地，所有引导部件和所有热交换器管道保持均匀的间隔。
[0031]尤其地，至少一个热交换器管道至少局部地为非圆形的形式。另外，优选地，至少一个热交换器管道至少局部地(在一个轴向部分中)沿径向方向渐缩。尤其地，热交换器管道至少局部为椭圆形，其中长径沿径向方向延伸。尤其地，至少一个热交换器管道至少局部地为翼状形式。还非常优选的是，在所有热交换器管道中，(大致上)所有的与废气接触的部分具有相应的形状调整。
[0032]尤其地，至少一个热交换器管道至少局部地具有椭圆形轮廓和/或翼状轮廓。优选地，在翼状热交换器管道的情况中，其圆的、相对厚的第一侧部定向为朝向内管道，而向外渐缩成薄的第二侧部沿径向方向定向为朝向流出管道。通过热交换器管道的这种非圆形的形状，通过围绕它们的改善的流动而减少了压力流失，并且从流体到热交换器管道的热传递在径向方向上均匀化。沿径向向外的方向流动的相对热的流体起先撞击到热交换器管道的相对厚的侧部上，使得在热交换器管道中首先得到非常好的热传递，其次得到良好的热量释放。在径向向外的流动方向上，流体围绕热交换器管道流动，使得热传递更低。由于(在椭圆或翼状形式的情况中)在所述径向外侧上热交换器管道的横截面的减少，还会有如下情况，即较少的热量释放到热交换器管道的所述侧部(通过冷却流体)。因此，热传递和热释放之比在热交换器管道的周向上是均匀的。
[0033]在椭圆形状的热交换器管道的情况中，当在热交换器管道的横截面中观测时，管道壁的轮廓与椭圆大致相对应。此处，管道壁的相对的轮廓(大约)形成为相同的曲率半径，而偏离90°处的轮廓形成不同的曲率半径。在翼状形式的热交换器管道的情况中，当在横截面中观测时，管道壁类似地包围着相当狭长的空间，其中最小曲率半径的部分区别地设计；尤其地，两个端部部分中的一个弯曲，并且另一个形成一种边缘。在翼状形式的热交换器管道的情况中，也可以形成翼(其在操作时在两侧没有流动脱离)。
[0034]尤其地，在引导部件和/或热交换器管道上布置有结构，使得在引导部件和热交换器管道之间的流体中产生了紊流。以此方式，即使在椭圆形或翼状形式的热交换器管道的情况中，也可以在所述区域中大大改善了热传递。
[0035]在热交换器中，尤其可以在内管道中布置蜂窝体，流体可以沿径向流动通过所述蜂窝体。所述蜂窝体尤其由催化剂涂覆。此处，蜂窝体优选延伸过内管道的整个周向面。蜂窝体可以具有居中布置的管道，其形成为朝向第一端侧和朝向第二端侧敞开。流体因此通过第一端侧流动到管道中，并且基于布置在第二端侧下游的活板的位置而在内管道的方向上至少偏转通过蜂窝体的径向延伸的流动路径。内管道优选直接围绕着蜂窝体，并且尤其是至少以非刚性的锁定方式或紧密连接的方式连接到蜂窝体。
[0036]在此情况中，紧密连接为所有这样的连接，其中通过原子和/或分子力将连接的部分保持到一起。同时，其为不可释放的连接，仅可通过摧毁连接件(例如通过焊接或钎焊所产生的连接)来割断。非刚性的锁定连接要求相对于彼此连接的表面的法向力。只要不超出由静摩擦所造成的反作用力，就可阻止所述表面相对于彼此的位移。
[0037]本发明尤其用于具有内燃机、废气处理装置以及布置在废气管线中的根据本发明的装置的机动车辆，其中流体为内燃机的废气。尤其地，其显然可用于要设置在单路或多路废气管线中的多个热交换器。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]下面将基于附图更详细地解释本发明和【技术领域】。附图显示了尤其优选的示例性实施方案，然而本发明并不限制于此。附图分别示意性地为:
[0039]图1显示了具有热交换器的装置的纵向截面；
[0040]图2显示了装置的另一个设计变体的纵向截面；
[0041]图3显示了图2的装置的横截面；
[0042]图4显示了图3的细节的放大图；并且
[0043]图5显示了所述类型的装置在机动车辆中的的示例性布置。
【具体实施方式】
[0044]图1显示了热交换器I的纵截面。流体5 (或废气)沿轴向方向7流过入口 3，并且通过第一端侧8而流到热交换器I的内管道6中，其中第一端侧8流体式连接到入口 3。此处，流体流至少部分地偏转，使得流体5之后沿径向方向14朝内管道6的第一周向面10的方向流动。流体5通过开口 11穿过第一周向面10，并且撞击到布置在第一周向面10的外侧处的热交换器管道12上。在热交换器管道12之间布置有引导部件13，其引导流体5围绕着热交换器管道12。沿径向方向14流动的流体5进入到流出管道15中，该流出管道15在外侧围绕着热交换器管道12，并且其自身的外侧由壳体2限定。此处，流体5再次偏转到轴向方向7中，并且朝出口 4的方向流过流出管道15。在所述图1中，流出管道15在轴向方向7上为柱形设计。锥形设计也相应可行，例如借助于沿流出管道15朝出口 4的方向变宽的壳体2。
[0045]流体5也可在轴向方向7上沿内管道的中轴40经第二端侧9离开内管道6，其中在第二端侧9处布置有活板17，该活板17可以至少局部地关闭内管道6的第二端侧9。在第二端侧9的下游，流体5朝出口 4的方向流动。
[0046]可以看出，流体5在径向方向14上通过开口 11离开内管道6。随着其流过热交换器管道12，流体5还保持着所述方向，其中由于围绕着热交换器管道12的偏转，在周向方向上也存在方向分量。流体5仅仅在流出管道15内再次偏转到轴向方向7。此处在图1的下部中显示了流出管道15中流体的流动方向16。流出管道15从入口 3的区域或第一端侧8的区域中的第一端部24延伸到出口 4。内管道6从第一端侧8延伸到第二端侧9，并且在其整个第一周向面10上设置有开口 11，该开口 11以受控的图案布置，使得当活板17关闭时，考虑到例如第二端侧9的区域中的升高的背压，可以实现流体5通过第一周向面10的均匀流出。
[0047]在壳体2上在入口 3的区域中或在第一端侧8的区域中设置有关闭板29。所述关闭板首先用于限定仅朝向出口 4的方向打开的流出管道15，其次用于承接热交换器管道12，使得在那里供应和排放流过热交换器管道12的冷却流体。热交换器管道12沿着第一周向面10从关闭板29延伸到第二端侧9。此处提供了转向，其导致冷却流体通过另一个热交换器管道12返回到关闭板29。同时，可以在关闭板29中设置(未示出的)电端子，由于热交换器管道中的热电元件的布置，使得由于热交换器管道12中的热流体5和冷的冷却流体之间的温差所产生的电流可以输出到机动车辆。
[0048]例如在所示的测量点41处判定热交换器I中的流体流的压力损失。
[0049]图2显示了热交换器I的第二设计变体的纵向剖面。此处，热交换器I的相同的部件由与图1相同的标号标示。热交换器I的该设计变体的不同之处在于布置有外管道19，该外管道19围绕着引导部件13和热交换器管道12。由于布置有外管道19，在此情况中由金属箔21所形成的引导部件13可以连接到内管道6以及外管道19，因此其在机械上是稳定的。还显示了关闭板29中的用于热交换器管道12的冷却流体37的输送管线30和返回管线31。
[0050]图3显示了图2的热交换器I的另一个设计变体的沿着图2中所示的剖面轴线
(III)的横截面。壳体2围绕着流出管道15、外部管道19、其间布置有引导部件13的热交换器管道12以及内管道6。内管道6和外管道19均具有开口 11，流体可以通过开口 11从内管道6经过热交换器管道12流到流出管道15。图3指定了细节(IV)，其在图4中更详细地显示。
[0051]可以看出，在图3中，至少一些热交换器管道12为椭圆形或翼状的形式。在此情况中，翼状轮廓44的厚的、圆的第一侧部43朝向内管道6定向。薄的第二侧部47沿径向布置在朝向流出管道15的外侧。在椭圆轮廓45的情况中，相对小的直径46平行于周向方向39布置。通过所述轮廓44、45，流体5围绕着热交换器管道12偏转，其中相比于圆形的热交换器管道12的情况尤其产生了低的压力损失。由于在引导部件13和/或在热交换器管道12上布置了结构23 (参照图4)，改善了热交换器管道12和引导部件13之间的区域中的热传递。相比于圆形热交换器管道12的情况，结构23可以产生更强烈的紊流，在所述区域中具有更大的压力损失，这是因为当流体撞击到(没有结构23的)轮廓44、45上并围绕其流动时压力损失较低。
[0052]图4显示了图3的细节，其中这里会更详细地解释围绕热交换器管道12的流动。流体5从内管道6通过开口 11流动到位于内管道6和外管道19之间的中间区域中。此处，开口 11设置在热交换器管道12布置于引导部件13之间的区域处。在此情况中，仅仅布置在引导部件13之间的内管道6的这些区域42为封闭的，使得在这些点处没有流体5能够流到所述区域42中。在这里，引导部件13彼此接触，并且因此得到了支持。这导致对引导部件13的位置的额外的机械固定。在流动方向16上，引导部件13引导流体5围绕着热交换器管道12。此处，流体仅沿径向方向14和周向方向39流动。在设置在引导部件13和热交换器管道12的外表面38之间的管道中设置有结构23，其用于打破流体5的层状分界式流动，并且因此允许提升了热量到热交换器管道12的传递。引导部件13相对热交换器管道12的外表面38布置成有特定的间隔22，使得流体5被引导成经过拐角区域25而围绕着热交换器管道12。这一手段首次允许了提升的热传递。
[0053]在图4的下部详细显示了一个热交换器管道12的横截面，其中显示了热交换器管道12中的环形热电元件18。热交换器管道12还具有冷却流体37从中流过的内部通道36。流体5在引导部件13和热交换器管道12之间离开管道，并通过外管道19的开口 11进入流出管道15中。壳体2在外侧限定了流出管道15。
[0054]图5显示了布置在机动车辆26内的热交换器I。机动车辆26具有包括废气管线28和另外的废气处理部件34的内燃机27。在此情况中，热交换器I为热电发生器35的形式，其中布置在热电发生器中的热交换器管道通过输送管线30和返回管线31连接到冷却装置32。还设置了调节单元33，其尤其用于驱动热交换器I内的活板，使得能够控制流动通过内管道的第一周向面和/或通过第二端侧的废气的量。以此方式，可以控制经过热交换器管道和经过热电元件的流体绕开，使得如果适合的话，热电发生器35中的废气不会对内燃机的冷却装置32造成额外的负担。
[0055]本发明的其它改进或设计变体是可行的。尤其地，可以在壳体2中布置多个关闭板29，使得热交换器管道12不仅在一端被托持，而且在另一端也被托持。因此，输送管线30和返回管线31也可以分别布置在单独的关闭板29中，使得流体仅沿着一个轴向方向通过热交换器管道12。在此处所示的附图中，冷却流体37沿轴向方向7从入口 3附近的关闭板29中的输送管线30流动通过热交换器管道而到第二端侧9，并回到关闭板29中的返回管线31中。
[0056]附图标记列表:
[0057]1.热交换器
[0058]2.壳体
[0059]3.入口
[0060]4.出口
[0061]5.流体[0062]6.内管道
[0063]7.轴向方向
[0064]8.第一端侧
[0065]9.第二端侧
[0066]10.第一周向面
[0067]11.开口
[0068]12.热交换器管道
[0069]13.引导部件
[0070]14.径向方向
[0071]15.流出管道
[0072]16.流动方向
[0073]17.活板
[0074]18.热电元件
[0075]19.外管道
[0076]20.第二周向面
[0077]21.金属箔
[0078]22.间隔
[0079]23.结构
[0080]24.第一端部
[0081]25.拐角区域
[0082]26.机动车辆
[0083]27.内燃机
[0084]28.废气
[0085]29.关闭板
[0086]30.输送管线
[0087]31.返回管线
[0088]32.冷却装置
[0089]33.调节单兀
[0090]34.废气处理部件
[0091]35.热电发生器
[0092]36.内部通道
[0093]37.冷却流体
[0094]38.外表面
[0095]39.周向方向
[0096]40.中轴
[0097]41.测量点
[0098]42.区域
[0099]43.第一侧部
[0100]44.翼状轮廓[0101]45.椭圆轮廓
[0102]46.直径
[0103]47.第二侧部
【权利要求】
1.一种装置，具有热交换器(I)，所述热交换器(I)具有至少一个具有用于流体(5)的入口(3)和出口(4)的壳体(2)，并且具有内管道(6)，所述内管道具有轴向方向(7)、第一端侧(8)、相反的第二端侧(9)以及带开口(11)的第一周向面(10)，还具有多个热交换器管道(12)，所述热交换器管道平行于所述轴向方向(7)布置在所述第一周向面(10)的外侧，其中所述壳体(2)围绕着所述热交换器管道和内管道(6)，并且所述入口(3)流体式连接到所述第一端侧(8)，其中，引导部件(13)布置在所述热交换器管道(12)之间，使得通过所述第一端侧(8)进入到所述内管道(6)中的流体(5)从所述内管道(6)沿径向方向(14)流过所述热交换器管道(12)，之后传递到沿径向方向(14)看去位于所述热交换器管道(12)和壳体(2)之间的流出管道(15)中，并在那里偏转到沿所述轴向方向(7)的流动方向(16)上，其中所述流出管道(15)流体式连接到出口(4)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二端侧(9)能够闭合，以便能控制经所述周向面(10)并且经所述第二端侧(9)的流体流。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，在所述热交换器管道(12)中布置了热电元件(18) ο
4.根据权利要求1到3中任一项所述的装置，其特征在于，提供了外管道(19)，其围绕所述内管道(6)和热交换器管道(12)延伸，并且具有带开口(11)的第二周向面(20)，其中所述引导部件(13)连接到所述内管道(6)和/或外管道(19)。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的装置，其特征在于，由至少一个金属箔(21)来制造至少一个引导部件(13)。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个引导部件(13)布置成与热交换器管道 (12)具有2到7mm的间隔(22)。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的装置，其特征在于，至少一个引导部件(13)和/或至少一个热交换器管道(12)配备有用于在流体的流动中产生紊流的结构(23)。
8.根据权利要求1到7中任一项所述的装置，其特征在于，所述内管道(6)和流出管道(14)之间的流体流动的压力损失与所述流出管道(15)的第一端部(24)和所述壳体(2)的出口⑷之间的压力损失相比大至少4倍。
9.根据权利要求1到8中任一项所述的装置，其特征在于，至少一个引导部件(13)围绕所述热交换器管道(12)延伸过至少120°的拐角区域(25)。
10.根据权利要求1到9中任一项所述的装置，其特征在于，至少一个引导部件(13)布置成相对于相邻的热交换器管道(12)具有恒定的间隔(22)。
11.根据权利要求1到10中任一项所述的装置，其特征在于，至少一个热交换器管道(12)至少局部地具有翼状轮廓(44)或椭圆轮廓(45)。
12.机动车辆(26)，具有内燃机(27)、废气管线(28)以及布置在废气管线(28)中的根据权利要求1到11中任一项所述的装置，其中流体(5)为内燃机(27)的废气。
【文档编号】F01N3/04GK103477042SQ201280018477
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2012年4月5日 优先权日:2011年4月13日
【发明者】西格丽德·利姆贝克, 罗尔夫·布吕克 申请人:依米泰克排放技术有限公司