JP2012512983A - 内燃機関用の排ガス冷却器 - Google Patents

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Abstract

【課題】 排ガスの熱エネルギーの一部をより価値の高いエネルギー形態へ変換するための内燃機関用排ガス冷却器を提供する。
【解決手段】 内燃機関の排ガスを案内するための流路を具備し、前記流路が排ガス流を冷却媒体から分離するための壁部を有し、かつ、前記壁部を介して前記排ガスと前記冷却流体との間で熱交換が可能である内燃機関用の排ガス冷却器において、少なくとも部分的に前記壁部に柔軟な熱電薄膜が面状に装着されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の排ガスを案内するための流路を具備し、前記流路が排ガス流を冷却媒体から分離するための壁部を有し、かつ、前記壁部を介して前記排ガスと前記冷却流体との間で熱交換が可能である内燃機関用の排ガス冷却器において、少なくとも部分的に前記壁部に柔軟な熱電薄膜が面状に装着されている排ガス冷却器に関する。
従来、原理上検討されてきていることは、内燃機関の廃熱を熱電素子、例えばゼーベック素子を動作させるために利用することである。これにより、内燃機関の全体的効率を向上させることができる。これまで、利用可能な熱電素子が伴う諸コストおよび構造費用が、量産に適した解決手段を妨げる障害となってきた。
特許文献１が開示している熱電薄膜はその性質から高温に耐え、しかも十分な機械的柔軟性を有しているので曲面あるいは角張った面にも付着させることができる。本発明で言う熱電薄膜とは、定義上、この特許文献１に準拠した薄膜のことである。この薄膜は、少なくとも適切な実施形態では十分な耐熱性を有しており、熱源として高温の排ガスを用いて動作させることができる。
独国特許出願公開第１０２００６０５５１２０号明細書
本発明の課題は、排ガスの熱エネルギーの一部をより価値の高いエネルギー形態へ変換するための内燃機関用排ガス冷却器を提供することである。
この課題は、本発明において、冒頭に挙げた熱交換器について請求項１に記載の特徴を有することによって解決される。
柔軟性を有する熱電薄膜を壁部に装着することによって、面積の大きな熱電素子をエンジンの排ガス流の中に低コストでかつ効率的に配置することができる。この冷却器は、通例、他の理由からも、例えば有害物質を低減するために排ガス再循環を行うといった理由からも装備されているので、熱電薄膜を用意し、さらに必要に応じて電子回路を準備してそこから得た電流を例えば車載電源システムに供給するだけでよく、構造費用を追加する必要はほとんどない。同時にまた、このような冷却器内の排ガスは流路の特に大きな表面あるいは壁部を全体的に流れるので、その結果、大きな電力を発生させることができる。さらに、冷却流体によって熱電素子のために高性能でかつ信頼性を有するヒートシンクが実現される。
本発明の１つの好ましい実施形態では、冷却流体は冷媒回路の液体冷媒であり、これにより、局所的な温度差が特に大きくなる上に、同時にまた大きな冷却性能が得られる。
本発明の１つの可能な実施形態では、排ガス冷却器が管束熱交換器として形成されており、その各壁部は複数の熱交換管のうちの１つの壁部として形成されている。本発明のまた別の実施形態では、排ガス冷却器がプレート式熱交換器として形成されており、その各壁部は熱交換器の積層プレートの表面として形成されている。熱交換管の場合も積層プレートの場合も、柔軟な熱電薄膜を容易にかつ確実に伝熱表面に付着させること、あるいは排ガスと冷却流体との間に配置された壁部に付着させることができる。
一般的に特に好ましい実施形態では、熱電薄膜は少なくとも排ガス側において壁面に付着されている。これにより、熱電薄膜の対向表面間の温度差が格段に大きくなり、従ってまた熱交換率も格段に大きくなる。
本発明のその他の利点および特徴については、以下に説明する実施例および請求項の説明によって明らかにする。
以下において、本発明の好ましい実施例について説明し、添付の図面を用いてさらに詳述する。
本発明に係る排ガス冷却器の部分断面図を示す。
図１に示した排ガス冷却器は、管束熱交換器として形成されており、平行に並んだ複数の熱交換管１が、それぞれ流路１ａを形成して、冷媒の貫流するハウジングあるいはウォータージャケット３内に配置されている。熱交換管１には自動車の内燃機関の排ガスが貫流し、これにより、排ガスの熱が熱交換管１の壁部を介して冷媒へ引き渡される。冷却された排ガスは、次に少なくとも一部分が内燃機関の入口側に送給されて、これにより、例えばディーゼルエンジンにおいて窒素酸化物の排出を低減することができる。
熱交換管１の排ガス側内面には、それぞれ柔軟な熱電薄膜２が付着されている。その際、熱電薄膜２は、できる限り良好に熱交換管の壁部に熱的に接触している。熱電薄膜の設計方法に応じて、この接触は、熱的および機械技術的に例えば面状のろう接によって実現することができる。
熱電薄膜には所定の接点箇所（図示せず）に電気的な接点が設けられており、これにより、排ガス冷却器の動作時に電気エネルギーを熱電薄膜から取り出すことができる。このエネルギーは自動車の電気回路へ供給でき、そのために必要に応じて適当な制御電子システムが備えられている。
さらに必要に応じて、複数の熱電薄膜を層状に重ねて配置することも可能であり、また、代替的または補完的に熱交換管の冷媒側にも熱電薄膜を備えておくことができる。
１ 熱交換管
１ａ 流路
２ 熱電薄膜
３ ハウジングまたはウォータージャケット

Claims (5)

  1. 内燃機関の排ガスを案内するための流路（１ａ）を具備し、
    前記流路が排ガス流を冷却媒体から分離するための壁部（１）を有し、かつ、
    前記壁部（１）を介して前記排ガスと前記冷却流体との間で熱交換が可能である内燃機関用の排ガス冷却器において、
    少なくとも部分的に前記壁部（１）に柔軟な熱電薄膜（２）が面状に装着されていることを特徴とする排ガス冷却器。
  2. 前記冷却流体が冷媒回路の液体冷媒であることを特徴とする請求項１に記載の排ガス冷却器。
  3. 当該排ガス冷却器が管束熱交換器として形成されており、その各壁部が複数の熱交換管（１）のうちの１つの壁部として形成されていることを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載の排ガス冷却器。
  4. 当該排ガス冷却器がプレート式熱交換器として形成されており、その各壁部がこの熱交換器の積層プレートの表面として形成されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の排ガス冷却器。
  5. 前記熱電薄膜（２）が少なくとも排ガス側において前記壁部（１）面に付着されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の排ガス冷却器。
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