[发明专利]热传递单元

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机、特别是机动车辆内燃机的排气系统的热传递单元，其具有权利要求1前序部分的特征。

背景技术

DE102010022225A1公开了一种已知的热传递单元，它包括运送内燃机热排气的多个加热管、运送液态冷却剂的多个冷却管和用于由温差产生电压的多个热电发生器，其中，每个热电发生器都安装在这种加热管和这种冷却管之间。此外，加热管、热电发生器和冷却管沿堆叠方向彼此相邻设置，并形成堆叠件。

热电发生器通过利用所谓的塞贝克效应，可以把热流转变成电流或者把温差转变成电压。这里，塞贝克效应的基础是珀耳帖效应的反转。因此，这种热电发生器可以用于热回收或者从热量中提取电能，相应地，例如可用在内燃机、优选机动车辆内燃机的排气系统中，以提高内燃机或机动车辆的能量效率。

此外，为了提高热电发生器与加热管以及冷却管之间的热传递，习惯上是在堆叠方向上给堆叠件施加压力。为了使加热管和冷却管在其横截面不会缩进，已知的热传递单元在加热管和冷却管中都设置了支撑结构，它从内部硬化了每个管。这样的支撑结构也可以配置成管，即作为支撑管。

发明内容

本发明处理的问题是提供开始提到的那类热传递单元是一种改进的实施方式，其特征特别在于改进的能量效率。

本发明基于的整体思想是在相应的加热管或冷却管中设置多个这样的支撑管，其中，至少两个这样的支撑管在几何形状上是不同的。已经表明，通过不同的几何形状，尤其是不同的管长和/或不同的管端和/或不同的管截面，以及在相应的加热管或冷却管内部的不同位置，用于排气的导向流或控制流在相应的加热管中得以实现，用于冷却剂的在相应的冷却管中实现。通过在冷却管内或加热管内的导向流，在相应管中的温度分布均化，特别是横向于流动方向。冷却管和加热管中均匀的温度分布也会导致热电发生器上均匀的热负荷，因此，相应热电发生器的热电转换效率也可以得到改善。

因为配有热电发生器的这种热传单元内的冷却管和加热管通常具有比较平坦的横截面，那么在相应管内横切于流动方向实现了温度梯度，特别是在热电发生器的区域内，相应管的入口横截面和/或出口横截面显著小于相应管的横截面的时候。在安装和配置以用于流体导向或流体引导的支撑管的帮助下，该温度梯度得以减小。因此，在相应管内，横切于相应介质的流动方向，可实现温度的均化。

根据一优选的实施方式，在堆叠方向上的堆叠件施加有压力，其支撑着相应加热管、相应热电发生器和相应冷却管。此外，提供了这样一种实施方式，其具有受压堆叠件，从而相应支撑管具有圆形的管横截面并且通过压力而弹簧弹性形变。换句话说，该实施方式使用的支撑管起到弹簧的作用，以朝向外侧推动相应冷却管或加热管内堆叠方向上相对设置的壁部分，通过上述做法以便产生作用到堆叠件上的压力的反作用力。因此，特别是在压力并不存在的堆叠件未加载的状态下，该支撑管具有与压力作用在堆叠件上的加载状态下不同的横截面。为此，支撑管不形成任何的刚性支撑结构，而是弹性的弹簧，以吸收堆叠件内的压力。正因为如此，热应力的改变可以特别地得到补偿。在另一优选的实施方式中，支撑管在相应冷却管或加热管内横向于它们的纵向方向上彼此隔开。正因为如此，单个支撑管不彼此接触。此外，根据一优选实施方式，支撑管仅相对于它们的纵向径向地接触每个加热管或冷却管。

根据另一特别优选的实施方式，支撑管在端侧是开口的，并且设置在相应的加热管或冷却管中，以使排气气体或冷却剂可围绕它们流动并流过。因此，支撑管不仅通过它们的外轮廓，还通过它们的内轮廓对相应冷却管或加热管中的排气气体或冷却剂形成了导向功能或控制功能，因为排气气体或冷却剂可以流过它们。

实际上，每个支撑管的横截面在圆周方向上是闭合的，因此，可以支持特别高的压力。然而，原则上，可提供具有开口横截面的至少一个支撑管，例如其可配置为C形。相应支撑管然后具有槽，该槽会持续地沿着整个管长度延伸。

进一步地，支撑管优选具有径向封闭的管壁。然而，原则上，这样的实施方式是可能的，其中至少一个支撑管包括至少一个径向开口，其穿过管壁，以使管内部流体连接到相应加热管或冷却管的内部。通过这些径向开口，支撑管的弹簧功能和导流功能都可以调整，这些开口例如实现为圆形、槽形或穿孔。