(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃エンジン（２）の排気ガスから電気エネルギーを生成するための装置（１）であって、前記装置（１）は、発生器（３）を備え、
前記発生器（３）は、排気ガス注入連結部（４）、排気ガス排出連結部（５）、前記排気ガス注入連結部（４）と前記排気ガス排出連結部（５）との間に設けられる少なくとも１つの熱交換部分（６）、および、前記排気ガス注入連結部（４）と前記少なくとも１つの熱交換部分（６）との間に設けられる、少なくとも１つの流れの転換部（７）および／または少なくとも１つの流れの分裂部（８）、を備え、
前記少なくとも１つの熱交換部分（６）の各々は、複数の熱交換器（１０）を備え、
前記複数の熱交換器（１０）の少なくとも一部は、少なくとも１つの熱電素子（１１）および冷却装置（１２）を有して作成され、前記少なくとも１つの熱電素子（１１）は、前記冷却装置（１２）に固定して接続されており、
前記少なくとも１つの熱交換部分（６）は、前記排気ガス注入連結部（４）の軸線に対する横方向の、かつ、前記複数の熱交換器（１０）に割り当てられる複数の排気ガス流路（９）を有して作成され、
前記排気ガス注入連結部（４）および前記排気ガス排出連結部（５）は、互いに対向して配置され、前記熱交換器（１０）は、排気ガス注入連結部（４）および排気ガス排出連結部（５）の軸線に対して半径方向に排気ガスが流れる位置に配置される、装置（１）。
【請求項２】
前記熱交換器（１０）および前記冷却装置（１２）は、少なくとも１つの熱電素子（１１）が配置されるプレート素子（１３）または管状要素（４６）を有して形成される、請求項１に記載の装置（１）。
【請求項３】
前記プレート素子（１３）は、隣接する前記排気ガス流路（９）の相互間に、冷却装置（１２）および、当該冷却装置と各排気ガス流路との間に配置される熱電素子（１１）とともに作成される、請求項２に記載の装置（１）。
【請求項４】
前記プレート素子（１３）は、保護層（３５）によって覆われる少なくとも１つの熱電素子（１１）および金属箔（１５）とともに形成される、請求項２または３に記載の装置（１）。
【請求項５】
前記熱交換器（１０）の相対的移動のための補償器（１６）が、前記熱交換部分（６）に設けられる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項６】
前記発生器（３）は、前記熱交換部分（６）の少なくとも部分的に上流に配置される、触媒部分（１７）を有して作成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項７】
前記流れの転換部（７）は、前記排気ガス注入連結部（４）に配置されるバッフル構造（１８）である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項８】
少なくとも１つの調節可能な流れの連結部（１９）は、前記排気ガス注入連結部（４）から前記排気ガス排出連結部（５）に設けられ、それによって、前記排気ガスは、前記熱交換部分（６）の少なくとも一部に流れる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項９】
少なくとも１つの隣接する前記流れの連結部（１９）は、スプリングが負荷され、前記流れの連結部（１９）の注入口（２１）で回転するフラップ（２０）である、請求項８に記載の装置（１）。
【請求項１０】
前記熱交換部分（６）の少なくとも一部には、補助冷却装置（２２）が設けられる、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置（１）を備える、自動車（２３）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発生器によって内燃エンジンの排気ガスから電気エネルギーを生成するための装置に関する。これは特に、排気ガスの熱エネルギーを電気エネルギーに変換するための発生器、すなわちいわゆる熱電発生器に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のエンジンからの排気ガスは熱エネルギーを有し、例えばバッテリーまたは一部の他のエネルギー貯蔵装置にチャージするため、あるいは電気消費者に必要なエネルギーを直接送達するために、熱電発生器によってその熱エネルギーは電気エネルギーに変換される。従って、多くのエネルギーが自動車の操作に利用可能である。
【０００３】
そのような熱電発生器は、通常、複数の熱電変換器の素子を備える。熱電材料は、効率的に熱エネルギーを電気エネルギーに変換し（ゼーベック効果）、かつその逆（ペルチェ効果）もできる種類のものからなる。「ゼーベック効果」は、熱エネルギーが電気エネルギーに変換される現象に基づき、熱電エネルギーを生成するために使用される。「ペルチェ効果」は、ゼーベック効果の反対であり、熱吸収によって達成される現象であり、異なる材料を通る電流と関連して生じる。ペルチェ効果はすでに、例えば熱電冷却の方法として提案されている。
【０００４】
このような熱電変換器の素子は、好ましくは、多くの熱電素子を含み、それはいわゆる「加熱側」といわゆる「冷却側」との間に配置される。熱電素子は少なくとも２つの半導体ブロック（ｐ型とｎ型）を含み、例えばそれらの上側および下側（それぞれ「加熱側」と「冷却側」に面する）は、導電性ブリッジに交互に接続される。セラミックプレートまたはコーティングおよび／または類似材料は金属ブリッジの絶縁に役立つので、好ましくは、金属ブリッジの間に配置される。温度勾配が半導体ブロックの両側に与えられる場合、電位差が形成される。この場合、熱は１つの接触点（「加熱側」）で吸収され、電子が、一方の側から後のブロックの高エネルギー伝導帯域まで通過する。他方の側で、電子は、低いエネルギーレベル（「冷却側」）で他方の側に戻るようにエネルギーを放出できる。従って、電流は、所定の対応する温度勾配を生じ得る。
【０００５】
自動車、特に乗用車に使用するための対応する熱電発生器を提供する試みはすでになされている。しかしながら、通常、製造費用が非常に高価であり、比較的低い効果によって特徴付けられる。従って、それらはまだ、大量生産に適切ではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明の目的は、少なくとも部分的に、当該技術分野に対して示される問題を解決することである。特に、本発明は、熱電発生器を特定することであり、利用可能な熱エネルギーを電気エネルギーに変換する際に改良された効果を与え、特に自動車の内燃エンジンの排気システムで生じる変動応力とも等しくなる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
これらの目的は、添付の特許請求の範囲の請求項１の特徴による装置によって達成される。本発明に従う装置の有利な実施形態は、従属の請求項に特定される。特許請求の範囲に引用される個々の特徴は、任意の技術的に適切な方法で互いに組み合わされてもよく、本発明のさらなる実施形態で示す。特に図面と併せた詳細は、さらに本発明を説明し、本発明のさらなる補足的な変形例を記載する。
【０００８】
内燃エンジンの排気ガスから電気エネルギーを生成するための本発明による装置は、排気ガス注入連結部および排気ガス排出連結部を有し、それらの間に少なくとも１つの熱交換部分を一緒に有する、発生器を備え、熱交換部分は、少なくとも１つの熱電素子および冷却装置とともに設計される、少なくとも１つの熱交換器を備え、少なくとも１つの熱電素子は、冷却装置に固定して接続されている。
【０００９】
この装置の有利な実施形態によれば、少なくとも１つの流れの転換部が、排気ガス注入連結部と熱交換部分との間に提供される。
【００１０】
さらなる実施形態によれば、少なくとも１つの流れの分裂部が、排気ガス注入連結部と熱交換部分との間に提供される。
【００１１】
この装置のさらに好ましい実施形態によれば、熱交換部分は、複数の熱交換器に割り当てられ得る、排気ガス注入連結部に対して横方向である複数の流路とともに設計され、熱交換器の少なくとも一部は、少なくとも１つの熱電素子および冷却装置とともに設計される。
【００１２】
この装置は、特にいわゆる熱電発生器である。排気ガス注入連結部および排気ガス排出連結部は特に、排気システムまたは排気パイプの一部として設計されてもよい。しかしながら、複数の排気ガス注入連結部および／または複数の排気ガス排出連結部を提供することも可能である。熱交換部分は、発生器のコアを形成する。これは特に、発生器を通る排気ガス流路の一部に関連し、排気ガスは熱交換器に熱エネルギーを放出する。排気ガスが、発生器を通るその流路上で複数のこのような熱交換部分を流れることも可能であるが、排気ガスが、１つの（連続する）熱交換部分のみを流れることが好ましい。
【００１３】
さらに、熱交換部分に入る前に、排気ガスは特に、転換され、分裂される。これは、例えば、排気ガスが、主な流れの方向で排気ラインならびに排気ガス注入連結部および／または排気ガス排出連結部を流れるが、排気ガスの（完全な）転換が、排気ガスが熱交換部分を通るのに必要であることを意味する。ここで、排気ガスが、主な流れの方向に対して斜めまたは横になるように転換することが好ましく、それによって、完全な排気ガスの流れが円周方向に分配される。このプロセスにおいて、特に異なって流れる、排気ガスの部分的な流れが、流れの反対方向の部分にも形成される。次いで、流路および特に小さな流路への排気ガスの流れの分裂が、熱交換のために最大の可能な接触領域を得るように周囲にもたらされる。流路は、例えば、熱交換部分における排気ガスの定期的および／または不定期の分裂のために、排気ガスの方向付けられた、および／または方向付けられていない通路を形成でき、熱交換部分は、通常、それらの排気ガスの部分的な流れを、熱交換部分の内部で互いに（繰り返し）混合することが可能である。このような流路は特に、間隙に導入されるウェブ、スタッドなどによって形成され得る。流路は、好ましくは、（例えば連続した流路壁によって）互いから明確に分離される。しかしながら、流路および／またはチャネルの場合において、特定の場合、流路またはチャネルが、チャネルおよび／または開口部を接続することにより、互いに連通することも可能である。流路またはチャネルは、好ましくは、有意には２０より多い数、例えば少なくとも５０またはさらに少なくとも１００のチャネルである。従って、チャネルは、排気ガス注入連結部のものと比較して大いに減少された開口断面を有するので、チャネルの壁によって形成される著しく増大した熱交換領域が、利用可能である。
【００１４】
熱電素子および冷却装置を備えた１つまたは２つの熱交換器が、好ましくは、流路に隣接して配置される。チャネルが、熱交換器に隣接していること、すなわち熱伝導性で接触していることが好適であり得る。この場合、熱電素子は、好ましくは、チャネルに沿って配置され、熱交換部分における各々の流路の長さにわたって少なくとも１つの熱電素子が配置されることが特に好ましい。冷却装置は、流路から離れた熱電素子の側に配置される。同時に、熱電素子は冷却装置に固定して接続される。このことは特に、熱電素子が、粘性材料ジョイント（ドイツ語では「ｓｔｏｆｆｓｃｈｌｕｓｓｉｇｅ  Ｖｅｒｂｉｎｄｕｎｇ」）によって冷却装置および熱交換器の一部のみに接続されることを意味する。従って、流路との熱導電性の接触は特に、任意の物質的に密接した連結を用いずに隣接する接触の結果によってのみ生じる。この文脈において、「固定して」は、冷却装置に対する熱電素子の相対的移動が（分解することなしに）できないが、操作中、装置、すなわち熱電素子が、一部の他の方法において、冷却装置および熱交換器に溶接、はんだ付け、接着、固定、ねじ留め、または締め付けられるか、あるいはしっかり固定されることを示すことを意図する。
【００１５】
この装置の好ましい実施形態によれば、排気ガス注入連結部および排気ガス排出連結部は、互いに対向して配置され、熱交換器は装置の半径方向に配置される。従って、排気ガス注入連結部および排気ガス排出連結部は、例えば、直線状の管状排気ラインに一体化されてもよい。熱交換器は、排気ラインの半径方向周囲で、排気ラインに垂直に配置されているので、電気エネルギーを生成するための排気ガスは、流れの主要な方向から半径方向外側に転換され、熱交換部分を通過し、次いで再度、排気ガス排出連結部への流れの主要な方向に流れが戻るように、１回または繰り返して転換される。これは特に、小型の構造を与えるだけでなく、転換が排気ガスの乱流を増加させるので、特に後の熱交換部分の密接な接触がチャネルの壁の間で達成され、それによって、熱電素子に対する十分な熱の移動を確実にする。
【００１６】
熱交換器および冷却装置は、さらに有利には、プレート素子とともに形成され、そこに少なくとも１つの熱電素子が配置される。従って、冷却剤が通る冷却チャネルは、例えば、２つの重ね合わせられたプレート間に形成され得る。従って、冷却装置および熱交換器は、比較的安定かつ頑強であるため、特に冷却剤の放出が防止される。しかしながら、これは、プレート素子がまた、冷却装置から離れたプレート素子の一つの側に好ましくは形成される熱電素子の結合の範囲を与えることを意味する。従って、熱電素子はプレート素子の表面に配置され、次いで、例えばその上に、排気ガスの流れのためのチャネルも配置される。プレート素子は、アセンブリの容易性のためにモジュールとして設けられ、必要とされる形態で一緒に配置されてもよい。これは、熱電発生器などの比較的費用効率の良い製造を示す。
【００１７】
これに関して、このようなプレート素子を、隣接する流路の面する両側で内部冷却装置および熱電素子とともに設計することは特に利点がある。内部冷却装置は、圧延または穿孔または他の方法で製造された冷却チャネルによって形成されてもよく、必要な場合、さらなる材料をチャネルに導入することも（望まれないが）可能である。しかしながら、プレート素子自体が、熱交換器、それによって熱電素子に、排気ガスから生成される熱エネルギーの最適な移動を確実にするために、高度に熱伝導性の材料から形成されることは利点がある。さらにこれらのプレート素子は、熱電素子に、熱電導線の安定かつ保護された構成の余地を与える。
【００１８】
この文脈において、少なくとも１つの熱電素子が設けられ、保護層に覆われる金属箔とともにプレート素子を形成することもまた提案される。ここで、金属箔は、少なくとも２つの金属箔のスタックが、特に冷却剤のためにそれらの間にチャネルを形成するような構造を有してもよい。従って、プレート素子は低い熱質量を有し、非常に軽い。特に上側で排気ガスが、覆われる熱電素子と接触することを防ぐ保護層がさらに、熱電素子と金属箔との間の固定した連結を提供する。保護層は、コーティングおよび／または別の構成（例えばさらなる金属箔など）の形態をとってもよい。
【００１９】
このようなプレート素子の積み重ねによって生成され、排気ガスが流れるチャネルはまた、構造化された金属箔によって生成されてもよい。この場合、複数の金属箔は別の上部に配置されてもよく、それによって、チャネルはまた、熱電素子に隣接して配置されずに設けられてもよい。
【００２０】
この装置の別の実施形態によれば、熱交換器は管状要素として具現化される。管状要素は、内部の流れを運搬するように設計される。ここで、管の内部は特に、冷却装置として使用され、その管を流れる液体または気体の冷却媒体を有する。管状要素に固定して連結される少なくとも１つの熱電素子は、管状要素の管壁上または管壁に対して形成される。従って、管状要素によって形成される熱交換器は、内部で熱交換器の周囲に流れる冷却媒体および外部で熱交換器の周囲に流れる排気ガスを有してもよい。
【００２１】
ここで、管状要素は円形または角度のある断面を有してもよい。複数の管状要素の構成により、プレート素子に関してすでに記載した熱交換器の間にチャネルが生成される。
【００２２】
本発明の実施形態によれば、熱交換器の相対的移動のための補償器が熱交換部分に提供される。これは特に、熱交換部分手段が提供され、必要な場合、熱交換部分の構成要素の相対的移動を可能にし、すなわち、例えば、特に主要な流れの方向における熱交換器に関して（最小の）排気ガスを運搬するチャネルの移動を意味する。これは、全ての熱交換器に適用する必要はなく、概して全ての熱交換器について１つの補償器で十分であるはずである。このような補償器は、例えば、弾性的に変形でき、場合により予め圧力を与えたシートメタル部分によって達成され得る。特に、例えば波形金属箔などの流路を（部分的に）規定する構成要素が補償器として役立つ。例えばさらなる補償器はさらに、熱交換部分の端面に提供されてもよい（同様に、例えば、プレート素子に平行して配置され、排気ガスと接触しない、（波形の）金属箔を有する）。
【００２３】
一実施形態によれば、発生器は、熱交換器の上流に少なくとも部分的に配置される触媒部分とともに設計される。ここで、排気ガスが熱交換部分内で転換される場合、熱交換部分に到達する前に、最初に触媒部分を通って流れることが特に好ましい。排気ガスは、最も好ましくは、触媒部分および熱交換部分を反対方向に流れる。触媒部分において、好ましくは放射状のハニカム構造が提供され、それはウォッシュコートおよび酸化触媒（好ましくは白金）でコーティングされる。排気ガスの触媒変換の結果として、触媒部分で開始する発熱反応が生じ、排気ガス中の熱エネルギーが増加する。ここで、この「予熱された」排気ガスは、次いで、多量の熱電エネルギーを生成するのに役立つ。必要な場合、触媒部分は、種々のコーティングおよび／または触媒とともに設計されてもよい。特に温度増加を調節するために、排気ガスの接触領域および／または送達部を考慮して、触媒部分の設計を変化させることも可能である。特に、排気ガスが流れる発生器のさらなる領域のチャネルおよび壁の少なくとも部分的な領域、特に熱交換部分のチャネルの少なくとも部分的な領域もまた、ウォッシュコートおよび酸化触媒でコーティングされてもよい。ここで、好ましくは、熱電素子と直接接触するチャネルの領域は、このようなコーティングを備えない。なぜなら、これは、熱電素子に対する流路の熱伝導性に負の影響を与える場合があるからである。
【００２４】
流れの転換部が、排気ガス注入連結部に配置されるバッフル構造である場合もまた、利点があるとみなされる。これは、好ましくは、排気ガス注入連結部に主に配置されるバッフル構造である。バッフル構造は、例えば円錐の形状であってもよい。静的ミキサーなどもまた、使用されてもよい。排気ガス注入連結部内のバッフル構造の角度および／または軸の位置を変化させることは、場合により利点がある。
【００２５】
あるいはおよび／またはさらに、異なる温度にて排気ガス注入連結部内で異なる配置または姿勢をとる構造などの自己調節バッフル構造もまた、提供されてもよい。排気ガスが少なくとも部分的に周囲に流れるように配置されるバイメタルが、この目的のために特に適切である。バイメタル（同様に温度自動調節バイメタル）は、特に異なる金属の２層からなる金属片であり、それは、粘性材料ジョイントおよび／またはポジティブインターロックによって一緒に結合される。これらの片の特徴は温度変化に応答して形状が変化することである。これは、それ自体が曲がっていることを表し、使用される金属の異なる熱膨張係数によって引き起こされる。
【００２６】
さらに、排気ガスが少なくとも部分的にその周囲を流れるように配置されるそのようなバイメタルはまた、装置および／または装置の構成要素の操作を制御するために使用されてもよい。例えば、バイメタルは温度センサとして使用されてもよく、それによって、バッフル構造は、例えばバイメタルの変形の機能が必要である限り作動される。
【００２７】
この装置の実施形態において、少なくとも１つの調節可能な流れの連結部は、排気ガス注入連結部から排気ガス排出連結まで提供されるので、排気ガスは、熱交換部分の少なくとも一部を通って流れることができる。排気ガス注入連結部から排気ガス排出連結部までの直接連結部を示す、この調節可能な流れの連結部、いわゆるバイパスは、最も好ましくは、同じ流れの断面である。この流れの連結部は、最も好ましくは、全ての排気ガスが、熱交換部全てをバイパスすることを可能にする。これは、例えば、熱交換部を通る排気ガスが流れる管を広げ、エンジンの特定の負荷サイクルおよび／または操作段階においてのみ熱電エネルギーを生成する。熱エネルギーは下流の排気ガス処理構成要素に必要とされるべきなので、例えば、調節可能な流れの連結部が、後で必要とされる熱の時期尚早の消失を防ぐために使用されてもよい。用語「調節可能」は、排気ガスによって使用される流れの連結部が制御され得る範囲を示すことを意図する。原理上は、公知の排気フラップ、弁などがこの目的のために考慮され得る。
【００２８】
少なくとも１つの調節可能な流れの連結部は、最も好ましくは、流れの連結部の注入口にスプリングが負荷され、回転するフラップである。これは特に、スプリングまたは一部の他の機構が定期的にフラップの位置を調節するように、フラップが配置され、それによって、流れの連結部が閉じられることを意味する。すなわち、この場合、排気ガスは流れることができないか、または非常に少ししか流れることができない。特に予め規定された状況において、フラップは調節機構によって能動的に回転されることができ、それによって、排気ガスは、流れの連結部の注入口を流れることができるので、排気ガス排出連結部に直接流れることができる。しかしながら、排気ガスの背圧に応じて回転されるように、フラップがスプリングにより負荷されることもまた、可能である。つまり、これは、特定の多い排気ガスの流量で、フラップが自動的に広く開くことを意味する。これは、例えば、熱電発生器の過熱および／またはこれらの段階に必要とされるエンジン出力のための超過圧力損失を回避することができる。この自己調節機構は特に、簡単で、装置の耐久性のある操作を確実にする。
【００２９】
さらに、補助冷却装置もまた、熱交換部分の少なくとも一部に提供されてもよい。これは、例えば、第２の冷却循環が要求に従って作動されてもよいことを意味する。補助冷却装置は、最も好ましくは、熱電素子の逆回路であり、その結果、それらはペルチェ素子として作用する。次いで、これは、過剰に熱い排気ガスが熱電発生器を流れる場合、それらが、熱交換部分を冷却またはそれ自体を冷却することを可能にする。
【００３０】
本発明は、最も好ましくは、自動車、特に乗用車に使用される。
【００３１】
本発明および関連する技術は、添付の概略的な図面を参照して例示される。図面は特に好ましい設計の変形を示すが、本発明はそれらに限定されないことは指摘されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明に従う装置の第１の変形例を示す。
【図２】図２は、本発明に従う装置のさらなる設計の変形例を示す。
【図３】図３は、本発明のさらなる設計の変形例に従う熱交換器の詳細を示す。
【図４】図４は、熱交換部分の構築のための金属箔の例を示す。
【図５】図５は、熱交換器の可能な構築のための分解図を示す。
【図６】図６は、自動車における本発明による装置の一体化を概略的に示す。
【図７】図７は、熱電素子を備える冷却装置の上部を通る部分断面を有する本発明のさらなる実施形態を示す。
【図８】図８は、管状要素を有する熱交換器の設計の変形例の詳細を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は、内燃エンジン２（図１には示されていない）の排気ガスから電気エネルギーを生成するための本発明による装置１の第１の設計の変形例を示す。ここで、装置１の下の領域において、排気ガス注入連結部４を形成する一種類の環状流路を備える。矢印によって示されるように、そこで全ての排気ガスは、対応する流れの方向２４で発生器３に流れる。次いで、排気ガスは最初に、例えば触媒活性コーティングが提供される、いわゆるハニカム体で形成される触媒部分１７に入る。この触媒部分１７を通過した後、排気ガスは熱交換部分６に入り、排気ガス注入連結部４に設けられる複数のバッフル構造に起因して９０°の角度で半径方向内側に流れる。そうすることで、排気ガスは複数の流路９に送達され、それによって、流れの分裂部８が円周面で達成される。次いで、排気ガスは中心に配置された排出連結部５に対して半径方向内側に流れ、この場合、片側（すなわち上部）のみが開口している。従って、次いで排気ガスは個々の流路９から再浮上し、中心軸２５に沿って流れ出る。
【００３４】
複数の熱交換器１０は、軸２５および排気ガス排出連結部５の周りの半径方向２６に配置される。熱交換器１０は中心に冷却装置１２を囲み、一方の側の冷却装置１２と他方の側の排気ガスが流れる流路９との間の可能な最大温度差を達成するために、その冷却装置１２を通して好ましくは冷却剤が流れる。各々の熱交換器は、好ましくは、冷却剤のための別個の吸入口２７および排出口２８を備えるが、これは必ずしも必須ではない。熱電素子１１は流路９と冷却装置１２との間に設けられ、この場合、連続して複数の素子が存在するが、再度、これは必ずしも必須ではない。流路９を通る流れは温度差が生じ、熱電素子１１において熱電エネルギーの生成が生じる。ここで、熱電素子１１は、概略的に示した電流路２９によって蓄電池３０に接続される。
【００３５】
図２は、本発明によるこのような装置１のいくらか異なる概念を示す。ここで、流れの方向２４は、実質的に上側から下側へ流れて示される。従って、全ての排気ガスは、まず、発生器３内の上部の排気ガス注入連結部４に流れる。排気ガスの流れの一部をすでに半径方向外側に流すように誘導する円錐形のバッフル構造が、発生器３内の注入口に近接する排気ガス注入連結部４内の中心に設けられる。さらなる下流に、フラップ２０が設けられ、発生器３の予め規定された操作状態のために、そのフラップ２０は実質的に排気ガス注入連結部４を閉じ、それによって、（実質的に）全ての排気ガスがここで半径方向外側に転換される。そうすることで、次いで排気ガスは、例えば複数の流路９をさらに有する放射状のハニカム体の様式で設計される触媒部分１７に入る。流路の少なくとも一部はコーティングが設けられ、そのコーティングにより、排気ガスの発熱反応が生じ、それによって、排気ガスは、触媒部分１７から出て行く際により高い熱エネルギーを有する。次いで、図２の排気ガスは、環状流路中でさらに下流に流れ、閉鎖により再び方向が転換され、この時に流路９の半径方向内側に向く。大部分の熱エネルギーが熱交換器１０に送達されることを確実にするために、発生器３は断熱材３３が設けられる。
【００３６】
各々の排気ガスを運搬する流路９は、熱交換部分６の領域の両側に熱交換器１０を有する。これらの熱交換器は、通常、冷却装置１２が内側に設けられ、流路９に近接する方向に熱電素子が設けられるように構成される。ここで、熱電素子１１は固定して接続され、特に粘性材料ジョイント（ドイツ語では「ｓｔｏｆｆｓｃｈｌｕｓｓｉｇｅ  Ｖｅｒｂｉｎｄｕｎｇ」）によって熱交換器１０に固定される。これらの熱交換器１０を通して流れた後、排気ガスは排気ガス排出連結部５に進入し、発生器３から（図２の下方向に）流れ出る。
【００３７】
図２において、冷却補助装置２２もまた、左側の上部に示される。このために、排気ガスの組成および／または温度が、例えば排気ガス注入連結部４に配置されるセンサ３２によって測定され、制御装置３１に与えられる。制御装置３１が、例えば温度が非常に高く、それによって、熱電素子１１の損傷の危険性があるために、発生器３の操作がもはや可能ではないことを検出する場合、制御装置３１は、蓄電池３０から熱電素子１１にエネルギーを供給することもでき、それによって、ペルチェ素子の形式で周囲に冷却をもたらすため、安全装置自体にもなる。このような冷却補助装置２２は、非常に迅速に役割を果たすことができる。このために、必要な場合、さらなるセンサ３２もまた、特に熱交換器１０に設けられてもよい。
【００３８】
さらに特別な詳細もまた、フラップ２０と併せて説明する。注入口２１において、フラップ２０は、排気ガス注入接続部４と、対向側に位置する排気ガス排出接続部５との間の流れの連結部１９に配置される。フラップ２０は、黒色の矢印によって示されるように回転する。スプリング力により、フラップ２０は、最も好ましくは、流れの方向２４に実質的に垂直に方向付けられる。しかしながら、次いで、排気ガスが定圧に達すると、流れの連結部１９は、フラップ２０が（自動的に）回転することによって開口される。熱交換部分６がバイパスされる結果として、特に過負荷に対する安全性を提供する。
【００３９】
装置１の単純な構造に起因するさらなる詳細を右側の底部に例示する。このように、例えば排気ガス再循環系の冷却器３４もまた、冷却装置１２を提供するために使用されてもよい。特に、排気システム３９（ここでは示さず）の排気ガス再循環系の冷却器３４および熱電発生器３を備える合成システムが、従ってここで提案される。
【００４０】
図３は熱交換器１０の構造を概略的に示す。熱交換器１０は、熱い排気ガスが流れる、両側に配置される流路９に隣接して配置される。再度、熱交換機１０は、内部冷却装置１２、その冷却装置１２と流路９の各々との間に設けられる熱電素子１１を備える。ここで、コーティング１４が、高い熱伝導率を有するにも関わらず、熱電素子１１と冷却装置１２との囲まれた連結部に提供される。流路９および熱電素子１１の長さ３７にわたる排気ガスの温度３６を例示する図がさらに、説明によって図３の上部に示される。熱電素子１１の反対の温度は、冷却器のために著しく低い。これにより、いわゆるゼーベック効果が導かれるため、蓄電池３０に供給される電流が熱電素子１１から取り出され得る。特に、熱電素子１１（または半導体素子）と排気ガスとが直接接触するのを防ぐために、熱電素子１１を覆う保護層３５がここで設けられる。
【００４１】
流路９を形成する構成要素が、熱交換器１０または冷却装置１２からの異なる熱膨張挙動を有するはずなので、補償器１６がこれを補うために設けられてもよい。これは特に、流路９が変形すること、および／または流路９と熱電素子１１との間の隣接する接触点が、著しく正常に機能しないことを防ぐ。
【００４２】
図４は金属箔１５を示し、その金属箔１５は特に、排気ガスのための流路９および／または冷却装置１２のための流路を規定するように使用され得る。この金属箔１５は構造３８を有し、その構造３８は、金属箔の円周方向において互いに交互になっている隆起部と沈降部を有するので、流路は、半径方向２６に延びて形成される。流路はまた、螺旋状に延びてもよく、それによって、隆起部および沈降部が、半径方向２６において互いに交互に生じる。流路９およびその流路９の間の冷却装置１２は、別の上部に複数のこのような金属箔１５を積み重ねることによって形成されてもよい。
【００４３】
図５は、概略的かつ分解した表示において、熱交換器１０についての可能な構造を示す。これは、図５の上部にも表される上側面１４を含む。熱電素子１１の半径方向の構成は、例えば、特に流路９と同様の方向で達成される。同時に、熱交換器１０は、中心のプレート素子１３を備え、ここで、冷却装置１２が形成される。冷却剤はこの方向に流れ、円周方向においてプレート素子１３の周りを通り、次いで再び流れ出る。それにも関わらず、冷却液の流れの他の方向および／または流れの分裂もまた、達成されてもよい。ここで、下側に配置されるので、破線によってのみ表される熱電素子１１は、同様に反対側の下側面１４に配置される。
【００４４】
図６は、このような装置１の好適な目的を概略的に示す。それは、内燃エンジン２を有する自動車２３を示す。内燃エンジン２、例えば、火花点火エンジンまたはディーゼルエンジンにおいて生成される排気ガスは、次いで、排気システム３９に流れる。この場合、本発明による装置１は、有利には、排出側で内燃エンジン２に直接接続される。それは、排気システム３９自体の一部であるが、必要な場合、それは、排気ガス再循環システム４１の一部であってもよく、ここで、特に利点のある用途は冷却器３４を構成し得る。熱電発生器３によって処理された後、排気ガスはさらに、環境中に放出される前に、排気処理ユニット４０に供給されて、十分に処理され得る。
【００４５】
図７は、熱電素子１１を備える冷却装置の上側部分の設計の変形による断面を有する本発明のさらなる実施形態を示す。単に完全性の目的のために、並列および／または直列して電気的に接続される複数の熱電素子１１は、（通常）冷却装置１２に設けられることが指摘されるべきである。熱電素子１１は、ここで、冷却装置１２の保護層３５とプレート素子１３との間にガスを密封するように配置され、粘性材料ジョイント（ドイツ語では「ｓｔｏｆｆｓｃｈｌｕｓｓｉｇｅ  Ｖｅｒｂｉｎｄｕｎｇ」）によってプレート素子１３に接続される。熱電素子１１は、異なる半導体ブロック（ｐ型半導体ブロック４４およびｎ型半導体ブロック４３）の複数の対になった構成を備え、それらの上側および下側で、金属性の導電性ブリッジ４５に交互に接続される。ブリッジ４５は、セラミックプレート４２に取り付けられるため、電流方向はブリッジ４５により保証される。熱い排気ガスが保護層３５を流れる場合、この側が加熱するが、反対側は冷却剤によって冷却される。ここで、熱エネルギーは、ゼーベック効果に従って電気エネルギーに効率的に変換され得る。
【００４６】
図８は、熱交換器の設計の変形の別の詳細を示し、複数の管状要素４６とともに設計される。ここで、複数の熱電素子１１は、各々の管状要素４６の円周上で、かつ軸方向に設けられ、管壁４７に固定して配置される。熱電素子１１は、保護層４８によって外側が囲まれ、この保護層４８は特に、熱電素子１１と排気ガスとのあらゆる接触を防ぐのに役立つ。この構造に関して、電気接続、フローダクトおよび材料などの参照は、熱交換器の他の実施形態と併せて説明される事実に対してなされ得る。
【符号の説明】
【００４７】
１  装置
２  内燃エンジン
３  発生器
４  排気ガス注入連結部
５  排気ガス排出連結部
６  熱交換部分
７  流れの転換部
８  流れの分裂部
９  流路
１０  熱交換器
１１  熱電素子
１２  冷却装置
１３  プレート素子
１４  側面
１５  金属箔
１６  補償器
１７  触媒部分
１８  バッフル構造
１９  流れの連結部
２０  フラップ
２１  注入口
２２  冷却補助装置
２３  自動車
２４  流れの方向
２５  軸
２６  半径方向
２７  吸収口
２８  排出口
２９  電流路
３０  蓄電池
３１  制御装置
３２  センサ
３３  断熱材
３４  排気ガス再循環系のための冷却器
３５  保護層
３６  温度
３７  長さ
３８  構造
３９  排気システム
４０  排気ガス処理ユニット
４１  排気ガス再循環システム
４２  セラミックプレート
４３  ｎ型半導体ブロック
４４  ｐ型半導体ブロック
４５  ブリッジ
４６  管状要素
４７  管壁
４８  保護層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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