DE102005015016A1

DE102005015016A1 - Abgaswärmerückgewinnungssystem

Info

Publication number: DE102005015016A1
Application number: DE102005015016A
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Kariya Nishijima; Katsuhide Kariya Akimoto; Yurio Kariya Nomura; Tatsuyoshi Sasaki; Keiji Tsukamoto; Tsutomu Sakai
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-04-02
Filing date: 2005-04-01
Publication date: 2005-11-10
Also published as: JP2005294695A; FR2868471A1; JP4305252B2; US20050217714A1; FR2868471B1

Abstract

Ein thermoelektrisches Modul (2), das ein Abgaswärmerückgewinnungssystem bildet, enthält p-leitende Halbleiter (3p) und n-leitende Halbleiter (3n), die beide Thermoelemente zum Umwandeln einer Temperaturdifferenz zwischen hochtemperaturseitigen Endabschnitten (21) und niedrigtemperaturseitigen Endabschnitten (22) in Strom bilden. Das thermoelektrische Modul (2) ist so aufgebaut, dass die n-leitenden Halbleiter (3n) und die p-leitenden Halbleiter (3p) entlang der Längsrichtung eines Auspuffrohrabschnitts (20) abwechselnd mit dazwischen liegenden, wärmeisolierenden Trägerabschnitten (41, 42) übereinandergestapelt sind, wobei die n-leitenden Halbleiter (3n) und die p-leitenden Halbleiter (3p) miteinander über Elektrodenelemente an den hochtemperaturseitigen Endabschnitten (21) und den niedrigtemperaturseitigen Endabschnitten (22) elektrisch verbunden sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Abgaswärmerückgewinnungssystem, das sich in einem Fahrzeug in einem Abgasweg eines Verbrennungsmotors befindet, um die von Abgasen mitgeführte Abgaswärme rückzugewinnen.

Die Energieausbeute eines z.B. mit einem Benzinmotor ausgestatteten Fahrzeugs ist gering und liegt in der Größenordnung von 15–20%. Einer der Hauptfaktoren, der den Energiewirkungsgrad verringert, ist, dass zusammen mit den Abgasen eine große Menge Wärmeenergie mitgetragen wird. Um dem entgegenzutreten, schlagen herkömmliche Techniken vor, den Gesamtenergiewirkungsgrad zu steigern, indem die von den Abgasen mitgeführte Abgaswärme aggressiv genutzt wird (siehe hierzu beispielsweise die JP 2000-286469 A).

Bei der herkömmlichen Technik geht es um ein Abgaswärmerückgewinnungssystem, bei dem in einem Abgasdurchlass Thermoelemente angeordnet sind, die eine Temperaturdifferenz in Strom umwandeln (oder Strom erzeugen) können.

Allerdings ist der Energierückgewinnungswirkungsgrad dieses herkömmlichen Abgaswärmerückgewinnungssystem nicht zufriedenstellend und wird daher die Entwicklung neuer Abgaswärmerückgewinnungssysteme angestrebt, die den Energierückgewinnungswirkungsgrad erhöhen können.

Der Erfindung liegt angesichts dessen die Aufgabe zugrunde, ein Abgaswärmerückgewinnungssystem zur Verfügung zu stellen, das effizient Abgaswärme rückgewinnen kann, die in von einem Verbrennungsmotor abgegebenen Abgasen mitgetragen wird.

Erfindungsgemäß ist ein Abgasrückgewinnungssystem vorgesehen, das einen Abgasweg, der den Durchgang von Abgasen eines Verbrennungsmotors erlaubt, und ein in dem Abgasweg angeordnetes thermoelektrisches Modul hat, das Folgendes enthält:
einen Auspuffrohrabschnitt, der ein Raum ist, der den Durchgang des Abgases erlaubt,
p-leitende Halbleiter und n-leitende Halbleiter, die beide Thermoelemente zum Umwandeln einer Temperaturdifferenz zwischen hochtemperaturseitigen Endabschnitten und niedrigtemperaturseitigen Endabschnitten in Strom bilden,
niedrigtemperaturseitige Wärmetauschabschnitte, die sich an den niedrigtemperaturseitigen Endabschnitten befinden, und
hochtemperaturseitige Wärmetauschabschnitte, die sich an den hochtemperaturseitigen Endabschnitten befinden,
wobei die n-leitenden Halbleiter und die p-leitenden Halbleiter in dem thermoelektrischen Modul entlang der Längsrichtung des Auspuffrohrabschnitts abwechselnd mit dazwischen liegenden, Wärme isolierenden Trägerelementen übereinandergestapelt sind und an den hochtemperaturseitigen Endabschnitten und den niedrigtemperaturseitigen Endabschnitten miteinander über Elektrodenelemente elektrisch verbunden sind.

Das thermoelektrische Modul des erfindungsgemäßen Abgaswärmerückgewinnungssystems ist so beschaffen, dass die n-leitenden Halbleiter und die p-leitenden Halbleiter entlang der Längsrichtung des Auspuffrohrabschnitts abwechselnd mit dazwischen liegenden, Wärme isolierenden Trägerelementen übereinandergestapelt sind. Dadurch kann in dem thermoelektrischen Modul die Luftkonvektion zwischen den hochtemperaturseitigen Endabschnitten und den niedrigtemperaturseitigen Endabschnitten verhindert werden. Infolgedessen kann die Temperaturdifferenz zwischen den hochtemperaturseitigen Endabschnitten und den niedrigtemperaturseitigen Endabschnitten hoch gehalten werden, wodurch die Abgaswärmerückgewinnungsausbeute weiter gesteigert werden kann.

Die Erfindung sorgt auf diese Weise für ein Abgaswärmerückgewinnungssystem, das hervorragende Eigenschaften wie eine hohe Abgaswärmerückgewinnungsausbeute und elektrische Zuverlässigkeit hat.

Das thermoelektrische Modul des erfindungsgemäßen Abgaswärmerückgewinnungssystems enthält, wie oben beschrieben wurde, Thermoelemente zur Umwandlung der Temperaturdifferenz in Strom. Als das Thermoelement kann ein bekanntes Thermoelement verwendet werden, das aus einer Kombination von einem n-leitenden Halbleiter und einem p-leitenden Halbleiter besteht.

Darüber hinaus ist es vorzuziehen, dass die hochtemperaturseitigen Wärmetauschabschnitte und die niedrigtemperaturseitigen Wärmetauschabschnitte eine Lamellenform mit einer großen Oberfläche haben. Des Weiteren können als die Wärme isolierenden Trägerelemente zum Beispiel Fasern aus Siliziumoxid oder Aluminiumoxid oder andere Arten Wärme isolierender Materialien verwendet werden. Darüber hinaus kann in dem Auspuffrohrabschnitt zum Beispiel nahe an den hochtemperaturseitigen Wärmetauschabschnitten eine den Durchgang von Abgasen erlaubende Rohrleitung angeordnet sind.

Außerdem können die Elektrodenelemente, die die n-leitenden Halbleiter elektrisch mit den p-leitenden Halbleitern an den hochtemperaturseitigen Endabschnitten und den niedrigtemperaturseitigen Endabschnitten verbinden, an einer Außenumfangsfläche des einen Stapelaufbau bildenden thermoelektrischen Moduls angeordnet sind oder jeweils parallel zu den Wärme isolierenden Trägerelementen zwischen den p-leitenden Halbleitern und den n-leitenden Halbleitern gestapelt sind. Insbesondere dann, wenn die Elektrodenelemente zusammen mit den Wärme isolierenden Trägerelementen zwischen den p-leitenden Halbleitern und den n-leitenden Halbleitern gestapelt sind, können mit den Elektrodenelementen auf den Stapelflächen der jeweiligen Halbleiter elektrische Kontakte geschaffen werden und kann daher bei dem thermoelektrischen Modul leicht die elektrische Zuverlässigkeit sichergestellt werden.

Darüber hinaus ist es bei dem thermoelektrischen Modul vorzuziehen, dass das Thermoelement aus einer Kombination von einer Vielzahl getrennter Thermoelemente besteht, die verschiedene Scheiteltemperaturen haben, bei der eine maximale thermoelektrische Ausbeute erzielt werden kann, und dass die jeweiligen Halbleiter, welche die getrennten Thermoelemente mit einer höheren Scheiteltemperatur bilden, nahe an dem Auspuffrohrabschnitt angeordnet sind.

Indem die jeweiligen Halbleiter, welche die getrennten Thermoelemente mit der höheren Scheiteltemperatur bilden, bei der die maximale thermoelektrische Ausbeute erzielt werden kann, nahe an dem Auspuffrohrabschnitt angeordnet werden, können die Eigenschaften der jeweiligen getrennten Thermoelemente effizienter genutzt werden, wodurch es möglich ist, die Energierückgewinnungsausbeute zu steigern.

Abgesehen davon ist es bei dem thermoelektrischen Modul vorzuziehen, dass entlang der Längsrichtung des Auspuffrohrabschnitts zwei oder mehr Kombinationen der n-leitenden Halbleiter und der p-leitenden Halbleiter zusammengestapelt sind und dass die Anordnung der jeweiligen Thermoelemente derart modifiziert ist, dass das Verhältnis (A/B) einer Dicke A in Radialrichtung der jeweiligen Halbleiter, die ein Hochtemperaturelement bilden, das dem getrennten Thermoelement mit einer höchsten Scheiteltemperatur entspricht, zu einer Dicke B in Radialrichtung der jeweiligen Halbleiter, die ein Niedrigtemperaturelement mit einer niedrigsten Scheiteltemperatur bilden, zur stromaufwärtigen Seite des Auspuffrohrabschnitts hin größer wird.

In diesem Fall ist das thermoelektrische Modul so beschaffen, dass das Radialdickenverhältnis (A/B) der jeweils getrennten Thermoelemente gemäß seiner Temperaturverteilung modifiziert ist, wonach die Abgastemperatur zur stromaufwärtigen Seite des Abgasstroms hin höher wird. Daher können die jeweiligen getrennten Thermoelemente, die das thermoelektrische Modul bilden, in geeigneten Temperaturbereichen verwendet werden, in denen eine hohe Wirksamkeit erzielt werden kann, wodurch sich die Abgaswärmerückgewinnungsausbeute weiter steigern lässt.

Außerdem ist es vorzuziehen, dass der n-leitende Halbleiter, der p-leitende Halbleiter und das Wärme isolierende Trägerelement jeweils in eine Ringform mit einem in ihrem Innenumfangsabschnitt vorgesehenen Durchgangsloch gebracht sind und dass der Auspuffrohrabschnitt an einer Innenumfangsseite des n-leitenden Halbleiters, des p-leitenden Halbleiters und des Wärme isolierenden Trägerelements ausgebildet ist, die auf eine solche Weise zusammengestapelt sind, dass die jeweiligen Durchgangslöcher miteinander in Verbindung stehen.

In diesem Fall lässt sich ein Aufbau realisieren, in dem die von dem durch den Auspuffrohrabschnitt strömenden Abgasen mitgetragene Abgaswärme direkt auf das Thermoelement übertragen werden kann und das Abgaswärmerückgewinnungssystem daher so beschaffen sein kann, dass es eine höhere Energierückgewinnungsausbeute hat.

Außerdem ist es vorzuziehen, dass das Elektrodenelement eine leitende Schicht ist, die sich auf einem Teil einer Außenfläche des Wärme isolierenden Trägerelements befindet.

In diesem Fall lassen sich der p-leitende Halbleiter und der n-leitende Halbleiter, die so gestapelt sind, dass sie sich über die Elektrodenelemente gegenüberliegen, die aus den auf den Außenflächen des Wärme isolierenden Trägerelements befindlichen leitenden Schichten bestehen, miteinander auf äußerst sichere Weise elektrisch verbinden.

Darüber hinaus ist es vorzuziehen, dass das Elektrodenelement aus dem hochtemperaturseitigen Wärmetauschabschnitt und dem niedrigtemperaturseitigen Wärmetauschabschnitt besteht.

In diesem Fall lässt sich über die jeweiligen Wärmetauschabschnitte, die das Elektrodenelement zur elektrischen Verbindung des n-leitenden Halbleiters mit dem p-leitenden Halbleiter bilden, ein effizienter Wärmetausch realisieren, wodurch die Abgaswärmerückgewinnungsausbeute weiter erhöht werden kann.

Außerdem ist es vorzuziehen, dass der hochtemperatur seitige Wärmetauschabschnitt in das Innere des Auspuffrohrabschnitts vorsteht.

In diesem Fall wird der Wärmetausch zwischen den Abgasen und dem hochtemperaturseitigen Wärmetauschabschnitt gefördert, wodurch die Abgaswärmerückgewinnungsausbeute des Abgaswärmerückgewinnungssystems erhöht werden kann.

Ein besseres Verständnis der Erfindung ergibt sich zusammen mit den beigefügten Zeichnungen aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Es zeigen:
1 schematisch ein Abgaswärmerückgewinnungssystem (der mit A bezeichnete Abschnitt) gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in einem Abgasweg eines Verbrennungsmotors eingebaut ist;
2 schematisch das Abgaswärmerückgewinnungssystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
3 im Teilschnitt ein thermoelektrisches Modul (der in 2 mit B bezeichnete Abschnitt) gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
4 vergrößert im Schnitt den Schnittaufbau des thermoelektrischen Moduls gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel entlang seiner Längsrichtung;
5 schematisch einen Stapelaufbau eines thermoelektrischen Moduls gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
6 im Schnitt Stapelkomponenten, die das thermo elektrische Modul gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bilden;
7 im Schnitt Stapelkomponenten, die das thermoelektrische Modul gemäß dem ersten Ausführungsbeispiels bilden;
8 vergrößert im Schnitt einen Schnittaufbau eines weiteren thermoselektrischen Moduls gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
9 im Schnitt die Querschnittform eines weiteren thermoelektrischen Moduls gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
10 im Schnitt den Schnittaufbau eines thermoelektrischen Moduls gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
11 im Schnitt ein weiteres thermoelektrisches Modul gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
12 im Schnitt jeweilige Halbleiter gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung (in 12A ist ein Halbleiter, der ein Niedrigtemperaturelement bildet, und in 12B ein Halbleiter gezeigt, der ein Hochtemperaturelement bildet);
13 im Schnitt eine Komponente, die eine Kombination des das Niedrigtemperaturelement bildenden Halbleiters und des das Hochtemperaturelement bildenden Halbleiters gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel umfasst;
14 im Teilschnitt ein thermoelektrisches Modul gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das Dickenverhältnis A/B getrennter Thermoelemente entlang seiner Längsrichtung modifiziert ist; und
15 vergrößert im Schnitt den Schnittaufbau des thermoelektrischen Moduls gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel.
Erstes Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 11 wird zunächst ein Abgaswärmerückgewinnungssystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, hat das Abgaswärmerückgewinnungssystem gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Abgasweg 10, der den Durchgang von Abgasen eines Verbrennungsmotors 6 erlaubt, und thermoelektrische Module 2, die in dem Abgasweg 10 angeordnet sind.
Wie in den 3 und 4 gezeigt ist, hat das thermoelektrische Modul 2 einen Auspuffrohrabschnitt 20, der den Durchgang von Abgasen erlaubt, p-leitende Halbleiter 3p und n-leitende Halbleiter 3n, die beide Thermoelemente 3 bilden, die jeweils eine Temperaturdifferenz zwischen einem Hochtemperaturendabschnitt 21 und einem Niedrigtemperaturabschnitt 22 in Strom umwandeln, an den niedrigtemperaturseitigen Endabschnitten 22 des thermoelektrischen Moduls 2 befindliche niedrigtemperaturseitige Wärmetauschabschnitte 220 und an den hochtemperaturseitigen Endabschnitten 21 des thermoelektrischen Moduls 2 befindliche hochtemperaturseitige Wärmetauschabschnitte 210.
In dem thermoelektrischen Modul 2 sind die n-leitenden Halbleiter 3n und die p-leitenden Halbleiter 3p abwechselnd entlang der Längsrichtung des Abgasrohr abschnitts 20 mit dazwischen liegenden, Wärme isolierenden Elementen 4 übereinandergestapelt. Des Weiteren sind die n-leitenden Halbleiter 3n und die p-leitenden Halbleiter 3p an den hochtemperaturseitigen Endabschnitten 21 und den niedrigtemperaturseitigen Endabschnitten 22 miteinander über Elektrodenelemente 301, 302 elektrisch verbunden.
Der Aufbau des thermoelektrischen Moduls 2 wird nun im Einzelnen beschrieben.
Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, ist das Abgaswärmerückgewinnungssystem 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein in einem Abgasweg 61 des Motors 6 eines Fahrzeugs eingebautes System und enthält, wie oben beschrieben wurde, den Abgasweg 10, der mit dem Abgasweg 61 verbunden ist, und das thermoelektrische Modul 2. Es ist zu beachten, dass in dem Abgaswärmerückgewinnungssystem 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein Teil des Abgaswegs 10 aus den Auspuffrohrabschnitten 20 des thermoelektrischen Moduls 2 besteht.
Wie in den 3 bis 5 gezeigt ist, hat das thermoelektrische Modul 2 einen Stapelaufbau, der sich durch abwechselndes Übereinanderstapeln der n-leitenden Halbleiter 3n, der p-leitenden Halbleiter 3p und der Wärme isolierenden Trägerelemente 4 ergibt, die alle drei jeweils im Großen und Ganzen in der Form einer flachen Ringplatte vorliegen. Der Auspuffrohrabschnitt 20 ist dann auf einer Innenumfangsseite des thermoelektrischen Elements 2 ausgebildet, um den Durchgang von Abgasen zu erlauben.
In dem thermoelektrischen Modul 2 wird eine Minimaleinheit des Thermoelements 3 mittels einer Kombination des Wärme isolierenden Trägerelements 4 und der Elektrodenelemente 301, 302 (in diesem Ausführungsbeispiel werden die Elektrodenelemente mit Hilfe eines Sputterverfahrens ausgebildet und werden die Elemente daher bei Bedarf als Sputterschicht 301, 302 bezeichnet) und des n-leitenden Halbleiters 3n und des p-leitenden Halbleiters 3p gebildet, die jeweils auf den Seiten des Wärme isolierenden Trägerelements 4 aufgestapelt sind. In dem thermoelektrischen Modul 2 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist entlang der Längsrichtung des Auspuffrohrabschnitts 20 eine Vielzahl der sich aus der vorstehenden Kombination ergebenden Minimaleinheiten übereinandergestapelt.
Das Wärme isolierende Trägerelement 4 ist so beschaffen, dass Fasern, die aus Siliziumoxid/Aluminiumoxid mit hervorragenden elektrischen Isoliereigenschaften bestehen, in die im Großen und Ganzen flache Ringplattenform gebracht sind. Als dieses Wärme isolierende Trägerelement 4 ist es ein primäres Wärme isolierendes Trägerelement 41, auf dessen Innenumfangsseite der aus dem Material Kupfer oder SVS bestehende hochtemperaturseitige Wärmetauschabschnitt 210 gepasst ist, und ein sekundäres Wärme isolierendes Trägerelement 42 zu nennen, auf dessen Außenumfangsseite der aus dem Material Kupfer oder SVS bestehende niedrigtemperaturseitige Wärmetauschabschnitt 220 gepasst ist. Als die Elektrodenelemente 301, 302 zur elektrischen Verbindung des n-leitenden Halbleiters 3n mit dem p-leitenden Halbleiter 3p sind bei diesem Ausführungsbeispiel dann auf einem Teil der Außenflächen der Wärme isolierenden Trägerelemente 41, 42 Sputterschichten ausgebildet (die im Folgenden bei Bedarf als Sputterschichten 301, 302 bezeichnet werden).
Bei dem primären Wärme isolierenden Trägerelement 41 ist die Sputterschicht 301 auf beiden Seiten entlang von Außenumfangskantenabschnitten und auf einer Außenumfangsfläche von ihm ausgebildet, wobei dies durch Aufsputtern von Platin als einem leitenden Material auf die jeweiligen Abschnitte und die Oberfläche erfolgt. Darüber hinaus ist bei dem sekundären Wärme isolierenden Trägerelement 42 die Sputterschicht 302 auf beiden Seiten entlang von Innenumfangskantenabschnitten und auf einer Innenumfangsfläche von ihm ausgebildet, wobei dies durch Aufsputtern von Platin als einem leitenden Material auf die jeweiligen Abschnitte und die Oberfläche erfolgt. Dabei haben die Sputterschichten 301, 302, die auf den Außen- und Innenumfangsflächen und einem Teil der Seiten der jeweiligen Wärme isolierenden Trägerelemente 4 ausgebildet sind, die oben beschriebene Funktion von Elektrodenelementen, welche die n-leitenden Halbleiter 3n elektrisch mit den p-leitenden Halbleitern 3p verbinden.
Der hochtemperaturseitige Wärmetauschabschnitt 210 ist ein Element, das in Form eines Ringes vorliegt. Seine Außenumfangsform stimmt dann im Großen und Ganzen mit der Innenumfangsform des primären Wärme isolierenden Trägerelements 41 überein, so dass der hochtemperaturseitige Wärmetauschabschnitt 210 auf dessen Innenumfangsseite in das primäre Wärme isolierende Trägerelement 41 passt. Darüber hinaus ist die Innenumfangsform des hochtemperaturseitigen Wärmetauschabschnitts 210 derart beschaffen, dass in Umfangsrichtung eine Vielzahl von Rippen 215 ausgebildet ist, die zur Mitte vorstehen und jeweils in die Form eines Grats gebracht sind, der in der Längsrichtung des Auspuffrohrabschnitts 20 verläuft. Die Rippen 215 sind so beschaffen, dass sie die Funktion von Wärme absorbierenden Lamellen haben, die dabei helfen, die Wärmetauscheffizienz zu verbessern.
Es ist zu beachten, dass die Oberflächen der jeweiligen Rippen 215 auf dem hochtemperaturseitigen Wärmetauschabschnitt 210 einen (nicht gezeigten) Katalysator tragen können, der aus Platin, Palladium und Rhodium besteht. Ist dies der Fall, kann infolge der Wärmefreigabe, die stattfindet, wenn Abgase mit dem Katalysator zur Aktivierung reagieren, Wärme mit höheren Temperaturen aufgenommen werden.
Darüber hinaus ist der niedrigtemperaturseitige Wärmetauschabschnitt 220 ein Element, das die Form eines Vierecks hat, auf dessen Innenumfangsseite ein im Großen und Ganzen kreisförmiges Loch ausgebildet ist, das im Wesentlichen mit der Außenform des sekundären Wärme isolierenden Trägerelements 42 übereinstimmt, so dass der niedrigtemperaturseitige Wärmetauschabschnitt 220 auf eine Außenumfangsseite des primären Wärme isolierenden Trägerelements 42 passt. Es ist zu beachten, dass bei diesem Ausführungsbeispiel zur Vermeidung des Auftretens eines elektrischen Kurzschlusses zwischen dem n-leitenden Halbleiter 3n und dem p-leitenden Halbleiter 3p, die über die jeweiligen Wärmetauschabschnitte 210, 220 nebeneinander aufgestapelt sind, und den Außenflächen der jeweiligen Wärmetauschabschnitte 210, 220 in dem Versuch, die erforderliche elektrische Isolation sicherzustellen und auch die thermoelektrische Leitfähigkeit beizubehalten, auf zumindest ihren Seiten (Stapelflächen) eine (nicht gezeigte) Aluminiumoxidflammspritzschicht ausgebildet ist.
Wie in den 3 bis 5 gezeigt ist, ist das thermoelektrische Modul 2 so beschaffen, dass ganze 46 Sätze der sekundären Wärme isolierenden Trägerelemente 42 mit den auf ihren Außenumfang gepassten niedrigtemperaturseitigen Wärmetauschabschnitten 220, der p-leitenden Halbleiter 3p, der primären Wärme isolierenden Trägerelemente 41 mit den auf ihre Innenumfänge gepassten hochtemperaturseitigen Wärmetauschabschnitten 210 und der n-leitenden Halbleiter 3n unter Beibehaltung dieser Stapelanordnung zusammengestapelt sind.
In diesem thermoelektrischen Modul 2 stoßen die jeweiligen Halbleiter 3p, 3n in Stapelrichtung an ihren hochtemperaturseitigen Endabschnitten 21 gegen die Sputterschicht 302, die entlang den Innenumfangskantenabschnitten und der Innenumfangsfläche des angrenzenden sekundären Wärme isolierenden Trägerelements 42 ausgebildet ist, und an ihren niedrigtemperaturseitigen Endabschnitten gegen die Sputterschicht 301, die entlang den Außenumfangskantenabschnitten und der Außenumfangsfläche des angrenzenden primären Wärme isolierenden Trägerelements 41 ausgebildet ist, das auf der entgegengesetzten Seite zum sekundären Wärme isolierenden Trägerelement 42 liegt. Andererseits sind auf den Abschnitten der Stapelflächen der jeweiligen Wärme isolierenden Trägerelemente 4, auf denen keine Sputterschicht 301, 302 ausgebildet ist, und auch auf den beiden Seiten davon, die den Stapelflächen der jeweiligen Wärmetauschabschnitten 210, 220 entsprechen, auf denen die Aluminiumoxidflammspritzschichten ausgebildet sind, die elektrisch isolierenden Eigenschaften sichergestellt.
In dem thermoelektrischen Modul 2 ist infolgedessen ein einseitig verlaufender Stromweg ausgebildet, der so geführt ist, dass er durch den elektrischen Kontakt zwischen der Sputterschicht 302 des sekundären Wärme isolierenden Trägerelements 42 und dem hochtemperaturseitigen Endabschnitt 21 des p-leitenden Halbleiters 3p durch das Innere des p-leitenden Halbleiters 3p geht und dann mittels des elektrischen Kontakts zwischen dem niedrigtemperaturseitigen Endabschnitt 22 des p-leitenden Halbleiters 3p und der Sputterschicht 301 des primären Wärme isolierenden Trägerelements 41 durch das Innere des n-leitenden Halbleiters 3n geht und mittels des elektrischen Kontakts zwischen dem hochtemperaturseitigen Endabschnitt 21 des n-leitenden Halbleiters 3n und der Sputterschicht 302 des sekundären Wärme isolierenden Trägerelements 42 den hochtemperaturseitigen Endabschnitt 21 des nächsten p-leitenden Halbleiters 3p erreicht.
Wie des Weiteren in 4 gezeigt ist, besteht das Thermoelement 2 gemäß diesem Ausführungsbeispiel aus zwei getrennten Thermoelementen mit verschiedenen Scheiteltemperaturen, bei denen eine maximale thermoelektrische Ausbeute erzielt werden kann. Und zwar befindet sich radial innen von dem thermoelektrischen Modul 2 oder näher zu der Seite des Auspuffrohrabschnitts 20 hin eine Kombination aus einem p-leitenden Halbleiter 31p und einem n-leitenden Halbleiter 31n, die beide ein Thermoelement mit einer hohen Scheiteltemperatur bilden, während radial außen von dem thermoelektrischen Modul 2 oder fern von dem Auspuffrohrabschnitt 20 eine Kombination aus einem p-leitenden Halbleiter 32p und einem n-leitenden Halbleiter 32n angeordnet ist, die beide ein Thermoelement mit einer niedrigen Scheiteltemperatur bilden.
Es ist zu beachten, dass in diesem Ausführungsbeispiel für den n-leitenden Halbleiter 31n und den p-leitenden Halbleiter 31p, die das Hochtemperaturthermoelement bilden, jeweils CoSb und ZnSb verwendet werden, während sowohl für den n-leitenden Halbleiter 32n als auch für den p-leitenden Halbleiter 32p, die das Niedrigtemperaturthermoelement bilden, Bi₂Te₃ verwendet wird.
Es wird nun der Aufbau des thermoelektrischen Moduls 2 in mehr Einzelheiten beschrieben und kurz ein Herstellungsverfahren dafür beschrieben.
Zunächst wurde eine im Großen und Ganzen flache, ringplattenförmige Komponente angefertigt, bei der ein primäres Wärme isolierendes Trägerelement 41 mit einer Sputterschicht 301, die so ausgebildet war, dass sie eine Außenumfangsfläche und auf seinen beiden Seiten Außenumfangskantenabschnitte bedeckte, mit einem hochtemperaturseitigen Wärmetauschabschnitt 210 mit auf seinen beiden Seiten ausgebildeten Aluminiumoxidflammspritzschichten kombiniert wurde. Dann wurde auf die Vorderseite der im Großen und Ganzen flachen ringplattenförmigen Komponente, die wie eine Scheibe gedreht wurde, durch Flammspritzen über einen von einer vorbestimmten radialen Stelle bis zu ihrer Innenumfangsseite reichenden Bereich ZnSb aufgebracht, um einen p-leitenden Halbleiter 31p zu bilden. Danach wurde auf die Vorderseite der gleichen Komponente über einen von der vorbestimmten Stelle bis zu ihrem Außenumfangskantenabschnitt reichenden Bereich durch Flammspritzen Bi₂Te₃ aufgebracht, um einen p-leitenden Halbleiter 32p zu bilden.
Danach wurde die Flammspritzbehandlung auf der Rückseite der Stapelkomponente 20a eingesetzt. Auf die Rückseite der Stapelkomponente 20a, die auf die gleiche Weise wie oben beschrieben gedreht wurde, wurde über einen von einer vorbestimmten radialen Stelle bis zu ihrem Innenumfangskantenabschnitt durch Flammspritzen CoSb aufgebracht, um so einen n-leitenden Halbleiter 31n zu bilden. Dann wurde auf die Rückseite der gleichen Komponente über einen von der vorbestimmten Stelle bis zu ihrer Außenumfangsseite reichenden Bereich durch Flammspritzen Bi₂Te₃ aufgebracht, um so einen n-leitenden Halbleiter 32n zu bilden.
Durch Einsatz der oben beschriebenen Flammspritzbehandlung wurde eine wie in 6 gezeigte Stapelkomponente 20a erzielt, bei der die jeweiligen Halbleiter auf beiden Seiten des primären Wärme isolierenden Trägerelements 41 angeordnet waren, in das der hochtemperaturseitige Wärmetauschabschnitt 210 eingepasst war. Auf der Vorderseite der Stapelkomponente 20a war auf ihrer Innenumfangsseite der aus ZnSb bestehende p-leitende Halbleiter 31p ausgebildet, während auf ihrer Außenumfangsseite der aus Bi₂Te₃ bestehende p-leitende Halbleiter 32p ausgebildet war. Darüber hinaus war auf der Rückseite der Stapelkomponente 20a auf ihrer Innenumfangsseite der aus CoSb bestehende n-leitende Halbleiter 31n ausgebildet, während auf ihrer Außenumfangsseite der aus Bi₂Te₃ bestehende n-leitende Halbleiter 32n ausgebildet war.
Es ist zu beachten, dass bei den vorstehenden Flammspritzbehandlungen die Materialien am Grenzabschnitt zwischen dem p-leitenden Halbleiter 31p (dem n-leitenden Halbleiter 31n) und dem p-leitenden Halbleiter 32p (dem n-leitenden Halbleiter 32n) allmählich geändert werden können, um am Grenzabschnitt die Dicke in Radialrichtung zu erhöhen oder zu verringern, so dass sich die Materialien drastisch in Radialrichtung ändern.
Andererseits wurde als die mit der Stapelkomponente 20a zusammen zu stapelnde Stapelkomponente 20b (7) ein sekundäres Wärme isolierendes Trägerelement 42 mit einer Sputterschicht 302, die so ausgebildet war, dass sie eine Innenumfangsfläche und auf ihren beiden Seiten Innenumfangskantenabschnitte bedeckte, mit einem niedrigtemperaturseitigen Wärmetauschabschnitt 220 mit auf seinen beiden Seiten als Isolierschichten ausgebildeten Aluminiumoxidflammspritzschichten kombiniert.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wurden dann abwechselnd 46 Stapelkomponenten 20a und 46 Stapelkomponenten 20b übereinandergestapelt, um ein thermoelektrisches Modul 2 zu erzielen. Dabei wurden die jeweiligen Stapelkomponenten 20a und Stapelkomponenten 20b bei ihrem Übereinanderstapeln unter Verwendung einer Hochtemperatursilberpaste verbunden.
Es wird nun der Aufbau und der Betrieb des Abgaswärmerückgewinnungssystems 1 beschrieben, in dem die wie oben beschrieben erzielten thermoelektrischen Module 2 eingebaut sind.
Wie in 1 gezeigt ist, ist in dem Abgaswärmerückgewinnungssystem 1 ein Paar Leitungsdrähte 14, die elektrisch mit den Thermoelementen 3 der jeweiligen thermoelektrischen Module 2 verbunden sind, über eine Wandlerschaltung 17 mit einer Batterie 16 verbunden. Die Wandlerschaltung 17 ist außerdem elektrisch mit einem elektronischen Steuergerät (ECU) verbunden und so aufgebaut, dass sie zu einem geeigneten Zeitpunkt einen Stromerzeugungsmodus für die thermoelektrischen Module 2 durchführt, in dem beruhend auf einer Anweisung von der ECU 18 Schaltungen umgeschaltet werden. Dabei ist zu beachten, dass der Stromerzeugungsmodus des thermoelektrischen Moduls 2 für einen Modus steht, bei dem ein Betrieb durchgeführt wird, der eine Temperaturdifferenz zwischen dem hochtemperaturseitigen Endabschnitt 21 und dem niedrigtemperaturseitigen Endabschnitt 22 des Thermoelements 3 in Strom umwandelt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Stromerzeugungsmodus, in dem von den Thermoelementen 3 Strom erzeugt wird, aufgrund einer Anweisung von der ECU 18 für den Fall durchgeführt, dass die von einem Temperatursensor 19 gemessene Temperatur der Abgase einer vorbestimmten Temperatur entspricht oder höher ist. Dabei ist zu beachten, dass die vorbestimmte Temperatur so beschaffen ist, dass sie einer Temperatur entspricht, bei denen sich die Katalysatorbestandteile eines Katalysators 62 im aktivierten Zustand befinden.
Und zwar führt das Abgaswärmerückgewinnungssystem 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Stromerzeugung durch die thermoelektrischen Module 2 nicht durch, wenn der stromabwärts von den thermoelektrischen Modulen 2 angeordnete Katalysator 62 nicht auf die Temperatur erhitzt wurde, bei der er sich im erhitzten Zustand befindet. Falls der stromabwärts von den thermoelektrischen Modulen 2 angeordnete Katalysator 62 dagegen ausreichend aktiviert ist, werden die Thermoelemente 3 der thermoelektrischen Module 2 dazu gebracht, den Stromerzeugungsvorgang durchzuführen, wodurch die Temperatur der Abgase um ein gewisses Maß gesenkt werden kann, so dass ein unnötiger Temperaturanstieg des Katalysators 62 verhindert und ein stabiles Reinigungsverhalten aufrechterhalten werden kann.
Mit dem Abgaswärmerückgewinnungssystem 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann daher zwischen den Abgasen, die durch den auf der Innenumfangsseite des thermoelektrischen Moduls 2 ausgebildeten Auspuffrohrabschnitt 20 gehen, und den Thermoelementen 3, die so angeordnet sind, dass sie die Außenumfangsseite des Auspuffrohrabschnitts 20 umgeben, ein direkter Wärmetausch realisiert werden. Daher lässt sich durch das Abgaswärmerückgewinnungssystem gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Abgaswärmerückgewinnungsausbeute erhöhen.
Darüber hinaus sind die Thermoelemente 3 des thermoelektrischen Moduls 2 so aufgebaut, dass die getrennten hochtemperaturseitigen Thermoelemente 31p, 31n und die getrennten niedrigtemperaturseitigen Thermoelemente 32p, 32n in Radialrichtung auf der Außenumfangsseite des Abgasrohrabschnitts 20 übereinandergestapelt sind. Das heißt, dass in dem thermoelektrischen Modul 2 durch die beiden bezüglich der Temperatureigenschaften verschiedenen Bauarten an getrennten Thermoelementen, die verschiedene Scheiteltemperaturen haben, eine große Temperaturdifferenz zwischen dem hochtemperaturseitigen Wärmetauschabschnitt 210 und dem niedrigtemperaturseitigen Wärmetauschabschnitt 220 abgedeckt wird. Aufgrund dessen können die jeweiligen getrennten Thermoelemente, welche die Thermoelemente in dem thermoelektrischen Modul 20 bilden, mit hoher Effizienz genutzt werden. Daher kann das Abgaswärmerückgewinnungssystem 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel für hervorragende Eigenschaften wie eine hohe Rückgewinnungsausbeute bei der Abgaswärme, die von den Abgasen mitgetragen wird, sorgen.
Darüber hinaus können bei den jeweiligen, die Thermoelemente 3 bildenden Halbleitern 3p, 3n, den Wärme isolierenden Trägerelementen 4, den hochtemperaturseitigen Wärmetauschabschnitten 210 oder den niedrigtemperaturseitigen Wärmetauschabschnitten 220 auf eine solche Weise Schlitze vorgesehen werden, dass sie in der Umfangsrichtung getrennt sind. In diesem Fall lassen sich durch die so ausgebildeten Schlitze Verformungsspannungen, die aufgrund einer Wärmeausdehnung oder -kontraktion erzeugt werden, absorbieren, so dass die Entstehung von Spannungen im Inneren jedes Elements unterdrückt wird.
Darüber hinaus können die Sputterschichten (in 4 mit den Bezugszahlen 301, 302 bezeichnet) auf den Außenflächen der jeweiligen, die thermoelektrischen Module 2 bildenden Wärme isolierenden Trägerelemente 41, 42 wegfallen und können, wie in 8 gezeigt ist, statt der Sputterschichten die hochtemperaturseitigen Wärmetauschabschnitte 210 und die niedrigtemperaturseitigen Wärmetauschabschnitte 220 als Elektrodenelement verwendet werden. In diesem Fall können die Aluminiumoxidflammspritzschichten, die zwischen den jeweiligen Wärmetauschabschnitten 210, 220 und den jeweiligen Halbleitern 3n, 3p die Funktion von Isolationsschichten haben, entfernt werden, um dadurch die Energierückgewinnungsausbeute weiter zu erhöhen. Auf diese Weise lässt sich also die Energierückgewinnungsausbeute beim thermoelektrischen Modul weiter erhöhen.
Außerdem ist die Querschnittsform der thermoelektrischen Module nicht auf die bei diesem Ausführungsbeispiel verwendete Kreisform beschränkt, sondern können verschiedene Formen einschließlich einer wie in 9 gezeigten Polygonform verwendet werden. In 9 hat das thermoelektrische Modul 2 einen achteckigen Querschnitt, der durch jeweilige Elemente gebildet wird, die jeweils durch in Umfangsrichtung verlaufende, gleich beabstandete Schlitze 209 in acht Stücke unterteilt sind.
Des Weiteren kann, wie in 10 gezeigt ist, anstelle des im Großen und Ganzen viereckförmigen hochtemperaturseitigen Wärmetauschabschnitts ein im Großen und Ganzen flacher, kreisplattenförmiger niedrigtemperaturseitiger Wärmetauschabschnitt 220 ausgebildet werden und können die Rippen 215 an dem hochtemperaturseitigen Wärmetauschabschnitt durch vorstehende Teile, in diesem Fall durch vier vorstehende Teile ersetzt werden, die zur Mitte des Abgasrohrabschnitts 20 vorstehen. Wie in 11 gezeigt ist, können anstelle des flachen, plattenförmigen hochtemperaturseitigen Wärmetauschabschnitts auch Lamellen 225 ausgebildet werden, die von vorstehenden Teilen gebildet werden, die radial nach außen vorstehen.
Zweites Ausführungsbeispiel
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist das Herstellungsverfahren für das thermoelektrische Modul 2 gegenüber dem Abgaswärmerückgewinnungssystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel abgewandelt. Der Gegenstand des zweiten Ausführungsbeispiels wird unter Verwendung der 6, 7, 12 und 13 beschrieben.
Wie in 12 gezeigt ist, wurden bei diesem Ausführungsbeispiel zunächst Halbleiter 31p, 32p (31n, 32n) mit im Großen und Ganzen flacher Ringplattenform angefertigt und wurde wie in 13 gezeigt ein Halbleiter 3p (3n) erzielt, indem die jeweiligen, auf diese Weise angefertigten Halbleiter kombiniert wurden. Danach wurden die jeweiligen, Wärme isolierenden Trägerelemente 41, 42 und die Halbleiter 3p, 3n zusammengestapelt, um dadurch ein thermoelektrisches Modul zu erzielen.
Bei den jeweiligen Halbleitern 31p, 32p, 31n, 32n lassen sich die gewünschten Formen direkt durch Kalzinierung erzielen oder lassen sich die gewünschten Formen durch maschinelle Bearbeitung der kalzinierten Produkte realisieren. Außerdem können bei der in 13 gezeigten Kombination des Halbleiters 31p (31n) mit dem Halbleiter 32p (32n) die beiden Elemente in direkten Stoßkontakt miteinander gebracht werden oder miteinander über ein leitendes Pastenmaterial wie eine Silberpaste in Stoßkontakt gebracht werden.
Danach werden die im Großen und Ganzen flachen, ringplattenförmigen Halbleiter 3p und 3n, wie in 6 gezeigt ist, mit den Seiten des primären Wärme isolierenden Trägerelements 41 mit dem darin eingepassten hochtemperaturseitigen Wärmetauschabschnitt 210 verbunden, um dadurch eine Stapelkomponente 20a zu erzielen.
Dann wird eine vorbestimmte Anzahl der so erzielten Stapelkomponenten 20a und die vorbestimmte Anzahl an Stapelkomponenten 20b (7), die durch sekundäre Wärme isolierende Trägerelemente 42 mit auf sie gepassten niedrigtemperaturseitigen Wärmetauschabschnitten 220 gebildet werden, abwechselnd übereinandergestapelt, wodurch ein mit dem ersten Ausführungsbeispiel vergleichbares thermoelektrisches Modul erzielt wird.
Es ist zu beachten, dass der übrige Aufbau, die Funktionsweise und die Vorteile des zweiten Ausführungsbeispiels die gleichen wie beim ersten Ausführungsbeispiel sind.
Drittes Ausführungsbeispiel
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel ist die Gestaltung der getrennten Thermoelemente im Vergleich zu dem Abgaswärmerückgewinnungssystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel abgewandelt. Der Gegenstand des dritten Ausführungsbeispiels wird unter Verwendung der 14 und 15 beschrieben.
Wie in Abschnitt (A) in 14 und in 15 gezeigt ist, ist bei dem thermoelektrischen Modul 2 gemäß diesem Ausführungsbeispiel das Verhältnis A/B der radialen Dicke A (15) von Hochtemperaturelementen 31p, 31n, die getrennten Thermoelementen eines hochtemperaturseitigen Endabschnitts 21 entsprechen, zur Radialdicke B (15) von Niedrigtemperaturelementen 32p, 32n, die getrennten Thermoelementen eines niedrigtemperaturseitigen Endabschnitts 22 entsprechen, so eingestellt, dass es sich entsprechend der Lage in Längsrichtung eines Auspuffrohrabschnitts 20 ändert.
Und zwar ändert sich die Temperatur T der Abgase, wie im Abschnitt (B) in 14 gezeigt ist, abhängig von der Lage entlang der Längsrichtung des Auspuffrohrabschnitts 20 und ist sie an dem am weitesten stromaufwärts liegenden Ende (a) des thermoelektrischen Moduls 2 am höchsten. Die Temperatur T der Abgase nimmt dann zum stromabwärtigen Ende des thermoelektrischen Moduls 2 ab und ist an seinem am weitesten stromabwärts liegenden Ende (b) am niedrigsten. Wie im Abschnitt (C) in 14 gezeigt ist, ist das Verhältnis (A/B) der Radialdicke A der Hochtemperaturelemente zur Radialdicke B der Niedrigtemperaturelemente dann so eingestellt, dass es sich entsprechend der Lage entlang der Längsrichtung des Auspuffrohrabschnitts 20 ändert.
Wie im Abschnitt (B) und im Abschnitt (C) in 14 gezeigt ist, ist das Dickenverhältnis (A/B) in diesem Ausführungsbeispiel so eingestellt, dass es zum Ende (a) des thermoelektrischen Moduls 2 hin zunimmt und dass somit die Radialdicke der Hochtemperaturelemente 31p, 31n mit zunehmender Temperatur T der Abgase größer wird. Andererseits ist das Dickenverhältnis (A/B) so eingestellt, dass es zum Ende (b) des thermoelektrischen Moduls 2 hin abnimmt und dass somit die Radialdicke der Niedrigtemperaturelemente 32p, 32n mit abnehmender Temperatur T der Abgase größer wird. Dabei ist zu beachten, dass das Dickenverhältnis (A/B), wie im Abschnitt (C) in 14 gezeigt ist, am Ende (b) des thermoelektrischen Moduls 2 null ist, so dass sich an diesem Ende des thermoelektrischen Moduls 2 ein Thermoelement 3 befindet, das lediglich von den Niedrigtemperaturelementen 32p, 32n gebildet wird.
In diesem Fall lässt sich entsprechend den Temperaturen der Abgase, mit denen die hochtemperaturseitigen Wärmetauschabschnitte in Kontakt gebracht werden, eine effizientere Abgaswärmerückgewinnung realisieren.
Es ist zu beachten, dass der übrige Aufbau, die Funktionsweise und die Vorteile des dritten Ausführungsbeispiel die gleichen wie beim ersten Ausführungsbeispiel bleiben.
Darüber hinaus ist zu beachten, dass sich die Anzahl an verschiedenen, zum Bilden des thermoelektrischen Moduls 2 erforderlichen Komponenten verringern lässt, wenn das thermoelektrische Modul 2 in mehrere Längsabschnitte unterteilt und das Dickenverhältnis (A/B) innerhalb jedes Abschnitts auf dem gleichen Wert gehalten wird.
Die Erfindung wurde zwar aus Gründen der Veranschaulichung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben, doch wird dem Fachmann ersichtlich sein, dass hierzu verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom Grundkonzept und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Abgasrückgewinnungssystem mit einem Abgasweg, der den Durchgang von Abgasen eines Verbrennungsmotors erlaubt, und einem in dem Abgasweg angeordneten thermoelektrischen Modul, das Folgendes enthält: einen Auspuffrohrabschnitt, der ein Raum ist, der den Durchgang des Abgases erlaubt, p-leitende Halbleiter und n-leitende Halbleiter, die beide Thermoelemente zum Umwandeln einer Temperaturdifferenz zwischen hochtemperaturseitigen Endabschnitten und niedrigtemperaturseitigen Endabschnitten in Strom bilden, niedrigtemperaturseitige Wärmetauschabschnitte, die sich an den niedrigtemperaturseitigen Endabschnitten befinden, und hochtemperaturseitige Wärmetauschabschnitte, die sich an den hochtemperaturseitigen Endabschnitten befinden, wobei die n-leitenden Halbleiter und die p-leitenden Halbleiter in dem thermoelektrischen Modul entlang der Längsrichtung des Auspuffrohrabschnitts abwechselnd mit dazwischen liegenden, Wärme isolierenden Trägerelementen übereinandergestapelt sind und an den hochtemperaturseitigen Endabschnitten und den niedrigtemperaturseitigen Endabschnitten miteinander über Elektrodenelemente elektrisch verbunden sind.
Abgasrückgewinnungssystem nach Anspruch 1, bei dem das Thermoelement in dem thermoelektrischen Modul aus einer Kombination von einer Vielzahl getrennter Thermoelemente besteht, die verschiedene Scheiteltemperaturen haben, bei der eine maximale thermoelektrische Ausbeute erzielt werden kann, und bei dem die jeweiligen Halbleiter, welche die getrennten Thermoelemente mit einer höheren Scheiteltemperatur bilden, nahe an dem Auspuffrohrabschnitt angeordnet sind.
Abgasrückgewinnungssystem nach Anspruch 1, bei dem in dem thermoelektrischen Modul entlang der Längsrichtung des Auspuffrohrabschnitts zwei oder mehr Kombinationen der n-leitenden Halbleiter und der p-leitenden Halbleiter zusammengestapelt sind und bei dem die Anordnung der jeweiligen Thermoelemente derart modifiziert ist, dass das Verhältnis (A/B) einer Dicke A in Radialrichtung der jeweiligen Halbleiter, die ein Hochtemperaturelement bilden, das dem getrennten Thermoelement mit einer höchsten Scheiteltemperatur entspricht, zu einer Dicke B in Radialrichtung der jeweiligen Halbleiter, die ein Niedrigtemperaturelement mit einer niedrigsten Scheiteltemperatur bilden, zur stromaufwärtigen Seite des Auspuffrohrabschnitts hin größer wird.
Abgasrückgewinnungssystem nach Anspruch 1, bei dem der n-leitende Halbleiter, der p-leitende Halbleiter und das Wärme isolierende Trägerelement jeweils in eine Ringform mit einem in ihrem Innenumfangsabschnitt vorgesehenen Durchgangsloch gebracht sind und bei dem der Auspuffrohrabschnitt an einer Innenumfangsseite des n-leitenden Halbleiters, des p-leitenden Halbleiters und des Wärme isolierenden Trägerelements ausgebildet ist, die auf eine solche Weise zusammengestapelt sind, dass die jeweiligen Durchgangslöcher miteinander in Verbindung stehen.
Abgasrückgewinnungssystem nach Anspruch 1, bei dem das Elektrodenelement eine leitende Schicht ist, die sich auf einem Teil einer Außenfläche des Wärme isolierenden Trägerelements befindet.
Abgasrückgewinnungssystem nach Anspruch 1, bei dem das Elektrodenelement der hochtemperaturseitige Wärmetauschabschnitt und der niedrigtemperaturseitige Wärmetauschabschnitt ist.
Abgasrückgewinnungssystem nach Anspruch 1, bei dem der hochtemperaturseitige Wärmetauschabschnitt in das Innere des Auspuffrohrabschnitts vorsteht.