KR20120042997A

KR20120042997A - 관다발들을 포함하는 열전기 장치

Info

Publication number: KR20120042997A
Application number: KR1020127004161A
Authority: KR
Inventors: 시그리드 림베크; 롤프 브뤽; 안드레아스 에데르
Original assignee: 바이에리셰 모토렌 베르케 악티엔게젤샤프트; 에미텍 게젤샤프트 퓌어 에미시온스테크놀로기 엠베하
Priority date: 2009-07-17
Filing date: 2010-07-15
Publication date: 2012-05-03
Also published as: EP2454456A1; RU2012105425A; JP2012533972A; WO2011006978A1; US20120174567A1; IN2012DN00911A; DE102009033613A1; CN102472143A

Abstract

본 발명은 열전기 장치(TEC: 열전기 생성기)에 관한 것으로, 유입구와 배출구를 가지는 적어도 하나의 배기 가스 라인을 포함하며, 여기서 적어도 하나의 제1 관다발은 열전기 생성 모듈이며, 상기 열전기 생성 모듈에서의 상기 배기 가스 라인은 관들의 외부 표면들에 의해 형성되고, 적어도 하나의 추가 관다발은 열 교환기이며, 상기 열 교환기에서의 상기 배기 가스 라인은 관들의 내부 표면들에 의해 형성된다.

Description

관다발들을 포함하는 열전기 장치{THERMOELECTRIC DEVICE COMPRISING TUBE BUNDLES}

본 발명은 배기 가스용 유입구와 배출구를 갖는 적어도 하나의 배기 라인을 구비한 열전기 장치에 관한 것이다.

상기 열전기 장치는 특히 내부 연소 기관의 배기 가스로부터 전기 에너지를 생산하기 위해 제공된다. 또한, 상기 타입의 열전기 장치는 열전기 생성기(TEG)로 알려져 있다.

상기 모터 자동차의 내부 연소 기관으로부터의 배기 가스는 예를 들어, 에너지 저장을 변경하고 및/또는 전기 소모자에게 필요한 에너지를 직접 공급하기 위해 상기 타입의 열전기 장치에 의해 전기 에너지로 변환될 수 있는 열 에너지를 갖는다. 이로써 상기 모터 자동차는 점점 더 큰 엔진 효율로 동작되며 더 많은 양의 에너지가 상기 모터 자동차의 동작을 위해 이용 가능해진다.

상기 타입의 열전기 장치는 적어도 다수의 열전기 변환 요소들을 갖는다. 이를 위해 열전기 물질들은 그들이 상기 효과적인 열 에너지를 전기 에너지(제벡효과)로 그리고 그 역으로(펠티에 효과)로 변환할 수 있는 타입의 것들이다. 상기 "제벡 효과"는 열 에너지를 전기 에너지로의 변환 현상에 기초하며 열전기 에너지를 생성하는데 사용된다. 상기 "펠티에 효과"는 상기 "제벡 효과"와 반대이고 열 흡수와 관련된 현상이며 그 원인은 각기 다른 물질들을 통한 전류의 흐름과 관련된다. 두 효과들 모두 공지되어 있으므로 더욱 자세한 설명은 이 시점에서 불필요하다.

상기 타입의 열전기 변환기 요소들은 바람직하게 소위 고온측(hot side)(동작 동안 여기서 고온이 만연함)과 소위 저온측(cold side)(동작 동안 여기서 상대적으로 저온이 만연함) 사이에 위치되는 다수의 열전기 요소들 구비한다. 열전기 요소들은 전기적으로 전도성 브릿지들로 된 그 상면 및 하면에(상기 고온측과 저온측이 각각 마주하는)에 대해 대안적으로 제공된 적어도 2개의 반도체 요소들(p-도핑된 및 n-도핑된)을 포함한다. 세라믹 플레이트들 또는 세라믹 코팅들 및/또는 유사한 물질들은 상기 금속 브릿지들을 격리시키는 역할을 하며 따라서 바람직하게는 상기 금속 브릿지들 사이에 정렬된다. 온도 기울기가 상기 반도체 요소들의 양쪽 측면들에 제공되는 경우, 전압 전위가 형성된다. 여기서, 상기 제1 반도체 요소의 고온측에서 열이 흡수되고, 반면에 하나의 측면 상의 전자들은 후속 반도체 요소의 전기적으로 더 높은 전도대로 통과한다. 상기 저온측에 대해, 상기 전자들은 그 후 에너지를 방출하고 더 낮은 에너지 준위를 갖는 상기 후속 반도체 요소들을 통과시킨다. 따라서, 상기 고온측과 저온측 사이의 해당 온도 기울기가 정해지면, 전기 전류의 흐름이 생성될 수 있다.

상기 타입의 열전기 장치에 대한 가능한 응용은 모터 자동차에서의 배기 가스 재순환(AGR 또는 EGR: 배기 가스 재순환) 시스템이다. 여기서, 상기 내부 연소 기관에서 생성된 배기 가스의 일부는 우선 종래 배기 시스템으로 전도되나, 그 후 상기 내부 연소 기관으로 다시 분기되어 공급된다. 상기 내부 연소 기관의 유효성과 상기 배기 가스에서의 오염물 감소에 대해, 재순환된 배기 가스를 냉각시키는 것은 종래 방식이다. 따라서, 열 교환기들의 고온 배기 가스가 냉각되는 것에 의해 상기 배기-가스 재순환 시스템의 영역에서의 열 교환기들이 제공되도록 하는 것은 종래 방식이다. 하지만, 여기서, 특히 많은 수요는 보통 이용가능한 매우 작은 양의 설치 공간만이 있으므로 상기 타입의 열전기 장치상에 배치되어야 한다. 이는 특히 우수한 열전달이 열전기 변환기 요소들에 대해 실현되어야하는 반면, 동시에 어떠한 요구된 냉각 동작도 이루어야 하는 어려움을 야기한다.

우선 이를 위해, 종래 기술에 대해 강조된 문제들을 적어도 일부 해결하는 것이 본 발명의 목적이다. 특히, 높은 레벨의 효율을 가지고 또한 특히 상기 재순환된 배기 가스의 적당한 냉각을 보장하는 열전기 장치를 설명하려고 한다. 또한, 이를 위해 특히 적합한 동작을 설명하려고 한다.

상기 목적들은 청구항 1의 열전기 장치에 의해 달성된다. 본 발명에 따른 장치의 이로운 실시예들 및 적절한 동작 방법들 및 응용들이 독립 청구항들에서 상세화된다. 본 청구항들에서 개별적으로 상세화된 특징들은 소정의 바람직한 기술적으로 편리한 방식으로 서로 결합될 수 있으며 본 발명의 추가 실시예들을 형성한다. 특히 도면들과 함께 기술은 본 발명을 더 설명하고 본 발명의 추가적인 대표 실시예들을 상세화한다.

본 발명에 따른 열전기 장치는 유입구와 배출구를 갖춘 적어도 하나의 배기 라인을 구비하며, 여기서,

- 적어도 하나의 제1 관다발은 열전기 생성기 모듈이며 상기 열전기 생성기 모듈에서의 상기 배기 라인은 관들의 외부 표면들에 의해 형성되고,

- 적어도 하나의 추가 관다발은 열 교환기이며 상기 열 교환기에서의 상기 배기 라인은 관들의 내부 표면들에 의해 형성된다.

따라서, 다시 말해, 상기 열전기 장치는 특히 상기 관다발을 지나 또는 상기 관다발을 통해 상기 배기 가스의 유도에 의해 특징지어진다. 또한, 본원에서 상기 열전기 장치에 대해 예를 들어 해당 잠금 피스들(fastening pieces)에 의해 서로 연결되는 다수의 모듈을 가지는 것이 바람직하다. 따라서 상기 배기 라인은 우선 하나의 모듈에서 외부 하우징 및 상기 관들의 외부 표면들에 의해 형성되고, 반면에 상기 배기 라인은 다른 모듈에서 상기 관들의 내부 표면들에 의해서만 형성된다. 그러므로, 다른 모듈들에서 특히 배기 라인의 수 또는 그 구성이 다른 것이 가능하다.

상기 배기 라인의 유입구를 뒤따라 상기 열전기 장치로 형성되는 제1 관다발은 열전기 생성기 모듈이다. 즉, 이는 상기 제1 관다발이 전기 에너지를 형성하기 위해 도입부에 설명된 반도체 요소들로 형성된다는 것을 의미한다. 여기서, 상기 배기 가스는 상기 관들에 고온 배기 가스로부터 우수한 열전달을 허용하기 위해 상기 제1 관다발의 외부를 따라 전도되며, 다시 말해 특히 상기 제1 관다발로 상기 배기 가스의 균일한 유출이 구현된다. 또한, 향상된 열전달을 위한 측정들이 필요한 경우 본원에 구현될 수 있다. 상기 제1 관다발의 관들로 열의 우수한 도입이 그 광대한 영역을 위로 상기 관들을 지나고 그 주변에 고온 배기 가스의 흐름의 결과에 따라 실시된다. 열전기 생성기 모듈에서, 냉각수는 상기 관들의 내부를 통해 흘러, 동작 동안, 상기 관들의 외부 표면과 상기 관들의 내부 표면 사이에 "제벡 효과"에 필요한 온도 기울기가 특히 두드러진다. 상기 반도체 요소들은 상기 관들의 상기 외부 표면과 상기 관들의 내부 표면들 사이에 정렬된다. 그러므로, 상기 제1 관다발은 또한 자명하게 열 교환기의 기능을 수행하나, 또한 동시에 또는 주기적으로 열전기 기능들을 수행한다.

상기 배기 가스가 우선 상기 제1 관다발을 거쳐 상기 배기 라인을 따라 흐른 후, 이는 열 교환기(만)를 형성하는 추가 관다발에 마침내 공급된다. 열기서, 상기 배기 라인은 상기 관들의 내부 표면에 의해 형성되며, 다시 말해 상기 배기 가스는 상기 관들 자체를 통해 전도된다. 이 경우, 상기 냉각수는 상기 열 교환기의 관들을 거치거나 주변에 흘러, 상기 냉각수가 상기 관들의 넓은 외부 표면들 위로 열 에너지를 소멸시킬 수 있으므로 특히 상기 배기 가스의 효과적인 냉각이 여기서 가능하다.

단지 완전함을 위해, "관다발(tube bundle)" 및 "관들(tubes)"이라는 표현은 반드시 원통형 관들을 지칭할 필요는 없다. 특히, 소정의 바람직한 흐름 단면이 실시될 수 있으며, 또한 상기 관들은 일부가 공통 벽으로 형성될 수도 있다. "관다발"은 특히 외부 채널 벽 및 내부 채널 벽을 가지는 채널들의 집합을 의미하는 것으로 이해되어야 하며, 이때 상기 회부 채널 벽은 내부 채널 벽보다 더 크다. 따라서 이러한 관다발들은 허니콤 구조, 플러그-형 구성 등으로 실시될 수도 있다.

소정의 경우에, 한편으로는 상기 열전기 생성기 모듈 주위의 배기 가스의 흐름과 다른 한편으로는 상기 열 교환기를 통한 배기 가스의 흐름의 결과에 따라, 상기 배기 가스에서 상기 열전기 변환기 요소들로등 또는 상기 냉각수에서 상기 배기 가수로든 특히 우수한 열전달이 실시되어, 양쪽 모두의 모듈들이 특히 효과적으로 동작하고 이에 따라 상대적으로 작은 체적으로 형성될 수 있다. 이는 공간-절약형 열전기 장치를 실현하기 위한 조건을 충족한다.

본 발명의 일 실시 예에서, 또한 적어도 두 개의 관다발들이 열전기 생성기 모듈로 형성되고 배출구에서의 단일 관다발이 열 교환기로 형성되는 것이 제안된다. 따라서, 상기 열전기 장치로 유입구의 다운스트림은 상기 배기 가스가 결국 상기 배출구를 통해 상기 열전기 장치를 빠져나가기 전에 상기 배기 가스가 열전기 생성기 모듈 형태의 제1 관다발을 거쳐 우선 흐르며, 그런 다음 열전기 생성기 모듈의 형태로 제2 관다발을 거치고, 마지막으로 교환기 형태의 제3 관다발을 거쳐 흐른다. 이러한 열전기 장치는 개별적으로, 또는 서로 독립적으로 적응될 상기 두 개의 열전기 생성기 모듈에 대해 다른 배기-가스 온도들로 상기 열전기 장치로 상기 유입구의 다운스트림 가능하게 하며, 이때 예를 들어 다른 관다발들, 반도체 요소들 등이 사용될 수 있다. 그런 다음, 열 교환기 다운스트림에 의해, 상기 배기 가스는 상기 배기-가스 재순환에 필요한 저온으로 내부 연소 기관에 매우 빠르게 넣어진다.

더욱이, 이는 제공될 관다발들에 대한 공통 냉각수 회로에 이로울 것으로 간주되며, 이때 상기 냉각수 회로의 연결은 열 교환기를 형성하는 관다발에 연결되고, 상기 냉각수 회로의 유출은 열전기 생성기 모듈을 형성하는 적어도 하나의 관다발에 연결된다. 또한, 상기 냉각수 회로는 상기 엔진 냉각 시스템의 일부이거나 상기 엔지 냉각 시스템에 연결될 수 있다. 전체로서 상기 열전기 장치에 대해, 실현될 역류 이론에 대해, 상기 저온 냉각수가 상기 배출구 영역에서 공급되고 상기 유입구 영역에서 다시 방출되는 것이 바람직하다. 개별 모듈들에 대해, 특히 냉각이 역류 원리에 따라 여기에 발생한다는 것, 다시 말해 상기 배기 가스 및 냉각수가 상기 모듈들 내에서 서로 직교하여 흐른다는 것이 제공된다.

자세하게, 다수의 관다발들이 열전기 생성기 모듈로 사용된다면, 모든 관다발들에 똑같이, 즉 평행적으로 냉각수가 공급되는 것이 가능하며, 이는 냉각수가 필요한 경우 또한 다시 똑같이, 즉 평행적으로 빼내는 것이 가능하다. 또한 기본적으로 상기 냉각수 회로로부터 적어도 하나의 관다발들을 분리시키기 위해 제공될 적어도 하나의 바이패스 라인 및/또는 제어 수단이 제공되는 것이 가능하고, 이는 예를 들어 상기 열전기 장치의 배출구에서의 추가 냉각이 더이상 필요하지 않다는 것이 검출되는 경우 상기 열 교환기를 위해 수행된다. 냉각수로서 특정 물로 만들어져 사용된다.

상기 열전기 장치에서의 경우, 열전기 생성기 모듈을 형성하는 적어도 다수의 관들 또는 관다발의 관들의 내부 직경은 열 교환기를 형성하는 관다발의 관들의 내부 직경의 수보다 작다는 것을 알았다. 이는 다시 말해, 즉, 관들의 수 및/또는 상기 관들의 직경이 상기 열 교환기에서보다 상기 열전기 생성기 모듈에서 더 작다는 것을 말한다. 상기 관들의 이러한 구성도 우선 상기 냉각수에서 상기 배기 가스로 그리고 상기 배기 가스에서 상기 열전기 변환기 요소들로도 다른 열 전달 효과들을 촉진시킨다.

상기 열전기 생성기 모듈에서 관들의 수는 예를 들어 5 및 30 사이이며, 특히 12 에서 24 사이이다. 이와 같이 본원에서는 5 내지 15 mm(밀리미터) 범위의 내부 직경이 바람직하다.

이에 반해, 상기 열 교환기의 구성은 관들의 수가 10 내지 60 범위(특히 상기 열전기 모듈에서보다 더 크며, 예를 들어 상기 열 교환기는 특히 적어도 30 관들만큼 또는 더욱 많이 적어도 2배를 포함함)에 놓이는 것이 이로울 것으로 입증되었으며, 이때 상기 관들의 내부 직경은 바람직하게 8 내지 20mm이다.

상기 열전기 생성기 모듈에 있어서 상기 관들의 내부 직경을 줄이는 것은 내부에서 일어나는 열 전달의 열 전달 계수 α(알파)를 이롭게 증가시킨다. 또한 동일한 관 직경을 유지하는 반면 관들의 수를 줄이는 것은 내부에 열 전달 계수 α를 증가시킨다. 여기서, 상기 열 전달 계수 α는 상기 관의 표면으로부터 에너지를 소명시키거나 또는 상기 표면의 에너지를 방출시키는 상기 가스의 능력을 기술한다. 상기 열 전달 계수 α는 그 중에서도 열소산 매체(heat-dissipating medium)의 그리고 열전달 매체(heat-delivering medium)의 특정 열용량, 밀도 및 열전도성 계수에 좌우된다. 열전도를 위한 계수는 보통 수반된 매체득의 온도차에 의해 산출된다. 상기 열전달 계수 α는, 상기 열전도성에 반해, 물질 상수가 이나라 - 환경에 따라 - 오히려 상기 관들과 접촉하여 유입되는 유체의 유속 또는 흐름의 형태에 좌우된다. 그러므로, 상기 값들은 특히 모더 자동차에서 사용을 위해 의도된 바와 같은 장치와 관련되며, 이때 상기 장치를 통해 흐르는 상기 배기 가스의 바람직하지 않은 고압 손실이 또한 방지된다.

상기 열전기 장치의 또 다른 실시 예에 따라, 열전기 생성기 모듈을 형성하는 상기 관다발들의 관들은 상기 배기 가스의 흐름 방향에 대해 열 교환기를 형성하는 관다발의 관들과 다르게 정렬된다. 이는 바람직하게 상기 열전기 장치를 통한 상기 배기 가스의 흐름이 균일하게 유지되는 관다발의 구성을 생성한다. 상기 열전기 생성기 모듈들을 갖는 부분들의 경우, 상기 관들은 상기 흐름 방향에 수직으로 정렬되며, 거기에서, 상기 배기 가스는 상기 관들의 외부 표면들을 거쳐 상기 관들 간에 전도되며, 그 후 상기 배기 가스의 흐름 방향에 병렬로 정렬된다. 이로써 그것이 상기 열전기 장치를 통해 흐름에 따라 특히 상기 배기 가스에 대한 압력 손실이 낮게 유지되도록 하는 것이 가능하다.

본원에 기술된 본 발명에 따른 열전기 장치의 동작에 대해, 고온 배기 가스가 먼저 생성기 모듈을 형성하는 다수의 관다발들의 외부를 지나 전도되도록 하고, 이어 열 교환기를 형성하는 관다발의 관들을 통해 전도되도록 하는 것이 바람직한 것으로 간주된다. 따라서, 상기 배기 가스가 우선 상기 생성기 모듈들에서 상기 냉각수-전도하는 관들 주위에 흐르고, 이어 상기 배가 가스가 전도되는 상기 관들 주위에 상기 냉각수가 흐른다. 이러한 흐름 비헤이비어(behavior)는 특히 우수한 열전달을 유도하고 이에 따라 생성기 모듈 및 열 교환기에 따른 효율을 증가시킨다.

상기 방법에 있어, 특히 열 교환기로 형성된 관다발을 통해 흐르는 냉각수는 변경되도록 하는 것이 이로울 것으로 간주된다. 이에 따라, 상기 열 교환기를 통해 흐르는 냉각수는 또한 특히 재순환된 배기 가스의 재순환율, 상기 배기 가스의 온도, 엔진의 하중 상태, 상기 엔진의 온도 등에 따라 제어될 수 있다. 또한, 상기 생성기 모듈들에 의해 상기 배기 가스의 냉각이 이미 적당한 것으로 검출되는 경우, 상기 열 교환기를 통해 흐르는 냉각수는 완전히 차단될 수 있다.

본 발명은 내부 연소 기관 및 배기 시스템을 가지는 모터 자동차에서 특히 매우 바람직하게 사용되며, 이때 상기 배기 시스템은 상기 내부 연소 기관에 배기 가스를 재순환시키기 위한 배기-가스 재순환 시스템을 가지며, 상기 배기-가스 재순환 시스템은 본원에 기술된 발명에 따른 열전기 장치를 포함한다.

본 발명 및 기술 분야는 도면들에 기초하여 하기에 더욱 상세히 설명될 것이다. 도면들에 도시된 대표적인 실시예들은 본 발명을 제한하는 것이 아니며 개략적인 특성이라는 것을 일러둔다.

본 발명에 따른 열전기 장치 및 방법은 상기 냉각수에서 상기 배기 가스로 그리고 상기 배기 가스에서 상기 열전기 변환기 요소들로도 각기 다른 열 전달 효과들을 촉진시키고, 상기 배기 가스에 대한 압력 손실이 낮게 유지되도록 하는 것이 가능하며, 우수한 열전달을 유도하고 이에 따라 생성기 모듈 및 열 교환기에 따른 효율을 증가시킬 수 있다.

도 1은 열전기 장치의 변형 구성도이고,
도 2는 열전기 생성기 모듈의 관의 변형 구성도의 상세도이며,
도 3은 배기 가스 재순환 시스템에서 열전기 장치를 구비한 모터 자동차를 나타내는 도면이다.

도 1은 본 발명에 따른 열전기 장치(1)의 변형 구성도를 개략적이고 부분적으로 사시도로 나타낸다. 이와 같이 개략적으로 표시된 본원에서 상기 열전기 장치(1)를 통해 연장된 배기 라인(2)이며, 유입구(2)는 상부 우측에 형성되고 배출구는 하부 좌측에 형성된다. 이제, 상기 배기 라인(2)에서, 다수의 관다발이 하우징(31) 내에서 정렬되고, 이때 상기 하우징(31)은 또한 적어도 제1 관다발의 영역에서 상기 배기 라인(2)을 정한다. 상기 하우징(31)에 대해, 또한 후자도 바람직하게는 다발들 및 접합들의 열적 팽창을 보상하기 위해 적어도 하나의 보상 요소로 형성된다는 것이 주목된다.

이제, 상기 배기 가스는 상기 유입구(3)를 통해 흐름 방향(17)으로 상기 열전기 장치로 흐른다. 여기서, 상기 배기 가스는 상기 배기 가스의 흐름 방향(17)에 대해 가로지르거나 수직으로 정렬되는 다수의 관들(8)로 된 제1 관다발(5)에 지장을 준다. 그러므로 상기 배기 가스는 외부 상기 관(8)의 외부 표면들을 위로 전도되며, 여기서 상기 제1 관다발(5)에서의 관들(8) 위 또는 통과 또는 사이에 균일한 흐름은 해당 적당한 입사 흐름에 의해 구현된다. 이제, 상기 배기 가스가 상기 제1 관다발(5)을 통해 흐른 후, 마찬가지로 다수의 관들(8)을 가지는 제2 관다발(9)이 뒤따른다. 상기 제1 관다발(5) 및 상기 제2 관다발(9)은 상기 흐름 방향(17)에 대해 사실상 동일한 정렬을 가지고 있으며, 상기 배기 가스는 마찬가지로 그들 주변에 균일하게 흐른다. 상기 흐름 방향(17)에 대한 관들(8)의 수 또는 상기 관들의 위치 및/또는 상기 관들의 구성은 상기 제1 관다발(5) 및 상기 제2 관다발(9) 간 다를 수 있으나, 이는 열전기 생성기 모듈(6)에 따라 어떠한 경우에서도 형성된다. 이는 다른 말로 에너지가 상기 두 생성기 모듈(6)에 의해 얻어지고 상기 하우징(31)으로부터 멀리 떨어져 적절한 전기 단말들을 리드하는 것을 말한다. 그러므로, 상기 관들(8)은 도 2와 함께 하기에 보다 자세히 설명되는 바와 같이 해당 반도체 요소들을 가진다.

상기 배기 가스가 상기 제2 관다발(9)을 탈출한 후, 다수의 관들(8)을 다시 가지는 제3 관다발(10) 상에 영향을 준다. 여기서, 상기 관들(8)은 이제 상기 배기 가스의 흐름 방향(17)에 평행으로 정렬되어, 상기 배기 가스가 상기 관들(8)로 (단지) 들어가 결국 상기 열전기 장치(1)의 배출구(4)와 가까운 반대 사이드상에 탈출한다. 여기서, 상기 배기 가스는 상기 관들(8)의 내부 표면들(12)을 거쳐 내부적으로 전도된다.

또한, 도 1은 이로운 냉각수 회로(13)가 어떻게 전도되는지를 나타낸다. 여기서, 상기 냉각수가 우선 상기 제3 관다발(10)을 거처 커넥션(14)을 통해 흐른며, 여기서 열교환만이 냉각 배기 가스의 목표로 일어나야 하며, 이는 소정 온도로 내부를 통해 전도된다. 상기 냉각수가 상기 열교환기(11)를 통해 흐른 후, 상기 냉각수는 전달 방향(24)을 따라, 상기 제1 관다발(5) 및 상기 제2 관다발(9)의 모든 관들(8)을 통해 내부로 평행하게 분기된 다음 전도된다. 여기서, 상기 냉각수도 냉각수 자체가 예를 들어 쿨러(cooler)에 의해 저온으로 가져오기 전에 반대 사이드상에서 다시 병합되어 유출(15)을 통해 재순환된다.

도 2는 열전기 생성기 모듈(6)용 관(8)의 가능한 구성을 나타낸다. 상기에 이미 설명된 바와 같이, 상기 관(8)은 상기 배기 가스가 상기 흐름 방향(17)에서 전도되는 것에 따른 외부 표면(7)을 형성한다. 상기 외부 표면(7)은 외부 케이싱(27)에 의해 여기에 형성된다. 또한, 상기 관(8)은 상기 외부 케이싱(27)에 대해 중앙으로 상기 관의 내부 표면(12)을 형성하는 내부 케이싱(26)을 갖는다. 상기 냉각수는 내부 직경(16)을 가지는 상기 내부 케이싱(26)을 통해 전달 방향으로 전도된다. 상기 구성으로, 환형의 매개 공간(29)은 상기 반도체 요소들(25)이 정렬되는 곳에 형성된다. 엔드 사이드(end side)에서, 상기 매개 공간(29)은 배기 가스 및/또는 냉각수의 침투를 막기 위해 예를 들어 밀봉 화합물 등과 같은 예를 들면 클로저(closure; 28)로 제공된다. 상기 반도체 요소들(25)(여기서, n-도핑된 및 p-도핑된 반도체 요소들(25)이 다른 해칭으로 나타냄)은 상기 외부 케이싱(27)에서 상기 반도체 요소들(25)로 또한 상기 내부 케이싱(26)에서 상기 반도체 요소들(25)로 둘 모두 우수한 열전달을 허용하는 박막 전기 절연층 상에 정렬된다. 따라서 특히 큰 온도 기울기가 상기 반도체 요소들(25)에 대해 내부에 그리고 외부에 설정될 수 있다. 여기에 나타낸 바와 같이, 상기 다른 반도체 요소들(25)은 전기 접촉들(30)에 의해 정의된 바와 같은 서로 다른 방식으로 둘 씩 연결된다. 동작 동안, 전류의 흐름은 따라서 온도 기울기 때문에 생성되며, 이때 획득된 에너지는 상기 열전기 장치(1)로부터 제거되고 소정의 소모기들 및/또는 축적기들로 공급될 수 있다.

도 3은 배기 가스가 생성되는 내부 연소 기관(19)을 가지는 모터 자동차의 기본 구성을 다시 개략적으로 나타낸다. 상기 배기 가스는 오염물들, 입자들 등을 제거하기 위해 예를 들어 다수의 촉매 변환 장치들(22)을 가지는 배기 시스템(20)에 공급된다. 본원에 도시된 것은 배기-가스 터보 과급기(23)를 가지는 모터 자동차(18)이다. 상기 내부 연소 기관(19) 및 상기 터보 과급기(23) 사이에 열전기 장치(1)가 통합되는 배기-가스 재순환 시스템(21)이 제공된다. 이는 본원에 기술된 열전기 장치(1)를 위해 특히 바람직한 설치 위치이며, 본원에서 특히 상기 열전기 장치(1)의 고효율성으로 인해 상기 열전기 장치(1)의 작고 공간-절약형 통합이 가능하게 제조되었다.

1 : 열전기 장치 2 : 배기 라인
3 : 유입구 4 : 배출구
5 : 제1 관다발 6 : 생성기 모듈
7 : 외부 표면 8 : 관
9 : 제2 관다발 10 : 제3 관다발
11 : 열 교환기 12 : 내부 표면
13 : 냉각수 회로 14 : 연결
15 : 외부 흐름 16 : 내부 직경
17 : 흐름 방향 18 : 모터 자동차
19 : 내부 연소 기관 20 : 배기 시스템
21 : 배기-가스 재순환 시스템 22 : 촉매 변환 장치
23 : 터보 과급기 24 : 전달 장치
25 : 반도체 요소 26 : 내부 케이싱
27 : 외부 케이싱 28 : 클로저
29 : 매개 공간 30 : 접촉
31 : 하우징

Claims

유입구와 배출구를 갖는 적어도 하나의 배기 라인을 구비한 열전기 장치에 있어서,
적어도 하나의 제1 관다발은 열전기 생성기 모듈이고 상기 열전기 생성기 모듈에서의 배기 라인은 관들의 외부 표면들에 의해 형성되며,
적어도 하나의 추가 관다발은 열 교환기이며 상기 열 교환기에서의 배기 라인은 관들의 내부 표면들에 의해 형성되는 열전기 장치.
청구항 1에 있어서, 적어도 두 개의 관다발들은 열전기 생성기 모듈로 형성되며 상기 배출구에서 단일 관다발은 열 교환기로 형성되는 열전기 장치.
청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 냉각수 회로의 연결은 열 교환기를 형성하는 관다발에 연결되고, 상기 냉각수 회로의 유출은 열전기 생성기 모듈을 형성하는 적어도 하나의 관다발에 연결되는 상기 관다발들을 위한 공통 냉각수 회로가 제공되는 열전기 장치.
청구항 1 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 열전기 생성기 모듈을 형성하는 적어도 다수의 관들 또는 상기 관다발의 관들의 내부 직경은 열 교환기를 형성하는 관들의 수 또는 상기 관다발의 관들의 내부 직경보다 작은 열전기 장치.
청구항 1 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 열전기 생성기 모듈을 형성하는 관다발들의 관들은 상기 배기 가스의 흐름 방향에 대해 열 교환기를 형성하는 관다발의 관들과 다르게 정렬되는 열전기 장치.
청구항 1 내지 5항 중 어느 한 항에 따른 열전기 장치 동작 방법에 있어서,
고온 배기 가스는 생성기 모듈을 형성하는 다수의 관다발들의 외부를 지나 전도되고, 이어 열 교환기를 형성하는 관다발의 관들을 통해 전도되는 열전기 장치 동작 방법.
청구항 6에 있어서, 열 교환기로 형성된 관다발을 통해 흐르는 냉각수가 변경되는 열전기 장치 동작 방법.
배기 시스템은 내부 연소 기관으로 배기 가스를 재순환하기 위한 배기-가스 재순환 시스템을 구비하며, 상기 배기-가스 재순환 시스템은 청구항 1 내지 5항 중 어느 한 항에 따른 열전기 장치를 포함하는 내부 연소 기관 및 배기 시스템을 구비한 모터 자동차.