(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
特にモータ車の内燃機関（１）の排ガスシステム（５）用熱伝達装置であって、
前記内燃機関（１）の高温の排ガスを移送する、少なくとも一つの加熱チューブ（１６）、
流体状の冷却剤を移送する、少なくとも一つの冷却チューブ（１７）、および、
温度差から電圧を生成し、前記加熱チューブ（１６）と、前記冷却チューブ（１７）との間に配置された、少なくとも一つの熱電発電機（１３）を備え、
前記各加熱チューブ（１６）、各熱電発電機（１３）、および、各冷却チューブ（１７）は、スタック方向（１８）において隣接し、かつ、スタック（２１）を形成し、  
前記各加熱チューブ（１６）かつ／または前記各冷却チューブ（１７）には、少なくとも一つの支持チューブ（２８）が配置され、前記支持チューブは、前記スタック方向（８）において、前記各チューブ（１６、１７）の互いに面した壁部（２９）に支持される熱伝達装置であって、
少なくとも二つのこのような支持チューブ（２８）は、その長手方向（３１）を横切る前記各チューブ（１６、１７）内に互いに隣接して配置され、チューブ長さ、かつ／または、チューブ端部（３０）、かつ／または、チューブ断面が互いに異なっていること特徴とする熱伝達装置。
【請求項２】
前記スタック（２１）には、前記スタック方向（１８）において、圧力（２４）が印加され、この圧力は、前記各加熱チューブ（１６）、前記各熱電発電機（１３）、および、前記各冷却チューブ（１７）を互いに締め付け、
前記各支持チューブ（２８）は丸みのあるチューブ断面を有し、かつ、前記圧力（２４）によって、ばね弾性的に変形することを特徴とする請求項１に記載の熱伝達装置。
【請求項３】
前記支持チューブ（２８）は、前記各冷却または加熱チューブ（１６、１７）の内部で、互いに離間していることを特徴とする請求項１または２に記載の熱伝達装置。
【請求項４】
前記支持チューブ（２８）は端部が開いており、かつ、前記排ガスまたは前記冷却剤が周囲を流れ、かつ、貫流可能となるように、前記各加熱または冷却チューブ（１６、１７）内に、配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の熱伝達装置。
【請求項５】
少なくとも一つのそのような支持チューブ（２８）は、その外側に、少なくとも一つの平坦な周領域（３４）を備え、この周領域は、前記各冷却または加熱チューブ（１６、１７）の前記各壁部（２９）に面状に支持されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の熱伝達装置。
【請求項６】
前記各冷却または加熱チューブ（１６、１７）は、その長手方向端部（３５）に、入口部（３６）と出口部（３７）を有し、前記入口部と出口部は、チューブ横断方向（３８）に伸び、このチューブ横断方向は、チューブ長手方向（４１）とスタック方向（１８）を横切って伸びており、
前記入口部（３７）には、入口接続部（３９）が、前記チューブ横断方向（３８）において接続され、
前記出口部（３７）には、出口接続部（４０）が、前記チューブ横断方向（３８）において接続されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の熱伝達装置。
【請求項７】
前記支持チューブ（２８）は、その長手方向（３１）において、前記入口部（３６）かつ／または前記出口部（３７）内に、異なる深さまで入り込んでいることを特徴とする請求項６に記載の熱伝達装置。
【請求項８】
少なくとも一つの支持チューブ（２８）は、少なくとも一つの斜めに切断されたチューブ端部（３０）を有し、チューブ開口（３２）は、前記各チューブ端部（３０）において、
前記入口接続部（３９）または前記出口接続部（４０）に面していることを特徴とする請求項６または７に記載の熱伝達装置。
【請求項９】
前記各加熱または冷却チューブ（１６、１７）は半ケース設計で製作され、前記支持チューブ（２８）は、それぞれ、前記二つのハンケース（４２、４３）の一方のみに固定されていることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の熱伝達装置。
【請求項１０】
前記支持チューブ（２８）は、前記各冷却または加熱チューブ（１６、１７）の内部で、直線状に、かつ、前記各冷却または加熱チューブ（１６、１７）の長手方向（４２）に平行に伸びていることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の熱伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、請求項１の前提部の特徴を備えた、モータ車の内燃機関の排ガスシステム用熱伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＥ１０ ２０１０ ０２２ ２２５Ａ１より熱伝達装置が知られており、これは、内燃機関の高温の排ガスを移送する複数の加熱チューブ、流体の冷却剤を移送する複数の冷却チューブ、および、温度差より電圧を生成する複数の熱電発電機を備え、前記熱電発電機は、それぞれ、そのような加熱チューブと、そのような冷却チューブの間に配置されている。さらに、前記加熱チューブ、熱電発電機、および、冷却チューブは、スタック方向に互いに隣接して配置され、スタックを形成している。
【０００３】
熱電発電機は、いわゆるゼーベック効果を利用して、熱流を電流に変換するか、または、温度差を電圧に変換する。ここでは、ゼーベック効果はペルチエ効果の逆に基づいている。それ故、このような熱電発電機は、熱の再利用、または、熱から電気エネルギを得るために利用することが可能であり、したがって、例えば、特に、モータ車における内燃機関の排ガスシステム内で使用し、内燃機関、または、車両のエネルギ効率を向上させることが可能である。
【０００４】
また、熱電発電機と、加熱および冷却チューブ間の熱伝達を向上させるために、スタック方向において、スタックに圧力を加えるのが一般的である。この場合、加熱および冷却チューブは、その断面がへこまないように、公知の熱伝達装置では、加熱および冷却チューブのそれぞれに、支持構造を配置し、これにより、各チューブを内側から強化する。このような支持構造は、この場合、チューブ、つまり、支持チューブとして構成することも可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、前述したタイプの熱伝達装置のために、特に、エネルギ効率が向上したことを特徴とする改良された実施形態を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は以下の基本的なコンセプトに基づいている、つまり、前記各加熱または冷却チューブ内に、複数のこのような支持チューブを配置し、この場合、少なくとも二つのこのような支持チューブは形状が異なっている。前記各加熱または冷却チューブ内のことなる位置に応じた、異なる形状、特に、異なるチューブ長さ、かつ／または、異なるチューブ端部、かつ／または、異なるチューブ断面によって、前記各加熱チューブ内の排ガス、または、前記各冷却チューブ内の冷却剤の流れ案内、または、流れ制御を目的に応じて実現することが可能である。前記冷却チューブ内、または、前記加熱チューブ内での目的に応じた流れ案内によって、特に、前記流れ方向を横切る前記各チューブ内部の温度分布を均一にすることが可能である。前記冷却または加熱チューブ内での均一な温度分布は、前記熱電発電機における熱負荷が均一になることにもつながり、これによって、前記各熱電発電機内部での熱電変換効率を向上させることが可能である。
【０００７】
熱電発電機を備えたこのような熱伝達装置内の前記冷却または加熱チューブは、たいてい、比較的平坦な断面を有しているので、特に、前記各チューブの入口断面、および／または、出口断面が、前記熱電発電機内の前記各チューブ断面よりも大幅に小さいときに、前記流れ方向を横切る前記各チューブ内で、ある温度勾配が発生する。前記流れ案内または流れ制御のために配置および構成された支持チューブを用いることによって、この温度勾配を減少することが可能であり、これによって、前記各媒体の流れ方向を横切る前記各チューブ内で、温度の均一化を実現することが可能である。
【０００８】
有利な実施形態では、前記スタックには、前記スタック方向において圧力を印加することが可能であり、この圧力は、前記各加熱チューブ、各熱電発電機、および、各冷却チューブを互いに締め付ける。さらに、圧力が印加されたスタックを備えたこのような実施形態では、前記各支持チューブは丸みのあるチューブ断面を有し、かつ、前記圧力によってばね弾性的に変形するように形成することが可能である。つまり、この実施形態では、使用する支持チューブはばねとして作用し、前記各冷却または加熱チューブの内部で、前記スタック方向に対向する壁部を外方へ押し出し、これによって、前記スタックに作用する圧力に対する反力を生成する。特に、前記支持チューブは、このように、前記圧力が存在しない無負荷状態において、前記スタックに前記圧力が作用する負荷状態とは異なる断面を有する。これによって、前記支持チューブは、堅い支持構造ではなく、弾力性のばねを形成し、前記スタック内部の圧力を吸収する。これによって、特に、熱によって誘発される応力変化を相殺することが可能である。他の有利な実施形態では、前記支持チューブは、その長手方向を横切る前記各冷却または加熱チューブ内部で、互いに離間している。これによって、個々の支持チューブは互いに接触しない。さらに、前記支持チューブは、有利な実施形態では、その長手方向においてのみ、前記各加熱または冷却チューブに接触する。
【０００９】
他の特に有利な実施形態では、前記支持チューブは端部で開いており、かつ、前記排ガス、または、冷却剤がその周囲を流れるか、または、貫流可能となるように、前記各加熱または冷却チューブ内に配置されている。このように、前記支持チューブは、前記各冷却または加熱チューブの内部で、前記排ガスまたは冷却剤に対する案内または制御機能を、その外側を通してだけではなく、前記排ガスまたは冷却剤が貫流可能であるため、その内部を通しても形成することが可能である。
【００１０】
実用的には、前記支持チューブは、それぞれ、周方向に閉じた断面を有しており、これによって、特に、高い圧力を支持することが可能である。しかし、基本的に、前記支持チューブの少なくとも一つに、例えば、Ｃ形状に形成可能な、開いた断面を設けることが可能である。そして、前記各支持チューブは、全チューブ長さに沿って伸びるスロットを有する。
【００１１】
さらに、前記支持チューブは、好ましくは、径方向に閉じたチューブ壁を有している。しかし、基本的には、少なくとも一つの支持チューブが、少なくとも一つの径方向開口を備えた実施形態も可能であり、前記開口は前記チューブ壁を貫通し、チューブの内部空間が、前記各加熱または冷却チューブの内部と流体的に接続される。例えば、丸く、または、スロット形に、または、穿孔として実現することが可能なこの径方向の開口によって、前記支持チューブのばね効果、および、その流れ案内効果を調節することが可能である。
【００１２】
他の有利な実施形態では、少なくとも一つのこのような支持チューブは、その外側に、少なくとも一つの平坦な周領域を備え、この周領域は、前記各冷却または加熱チューブの各壁部に、面状に支持される。この場合、前記各支持チューブは、二つの径方向に対向して配置された、平坦な周領域を備える変形例が好ましく、前記周領域は、前記各冷却または加熱チューブの壁部に、面状に支持される。前記各周領域は、特に平坦にすることが可能である。これは、丸みのある断面を有する支持チューブの場合は、特にそうである。丸みのある断面は、例えば、円形、または、楕円形、または、卵形断面である。このような平坦部によって、前記支持チューブと、前記各加熱または冷却チューブとの間の面接触が可能であり、これによって、前記各チューブの壁内の面圧を減少することが可能である。さらに、このような面接触により、前記支持チューブと、前記各加熱または冷却チューブ間の熱伝達を向上させることが可能である。これは、前記支持チューブが、前記排ガスまたは冷却剤によって貫流可能であるときも、特に有利である。
【００１３】
他の有利な実施形態では、前記各冷却または加熱チューブは、その長手方向端部に、チューブ横断方向に伸びる、入口部と出口部を備えることが可能である。前記チューブ横断方向は、前記チューブの長手方向を横切り、かつ、前記スタック方向を横切って伸びている。そして、前記入口部には、入口接続部を、前記チューブ横断方向に接続することが可能である。前記出口部には、出口接続部を、前記チューブ横断方向において、前記入口接続部に対して反対かまたは同じ方向に、接続することが可能である。この設計により、前記各チューブの長手方向を横切って、かつ、前記各チューブ内部の主な流れ方向を横切って、前記排ガスまたは冷却剤を供給するかまたは排出される。これによって、前記各スタックは、前記長手方向において比較的コンパクトになる。同時に、その上、このような設計の場合、前記支持チューブの配置と形状を利用して、入って来る流れと出て行く流れの向きを変え、前記各チューブ内部で、所望の、可能な均一な温度分布を実現することが可能である。
【００１４】
さらに有利な構成では、前記支持チューブは、その長手方向において、前記入口部および出口部内に、異なる深さまで入り込んでいる。この処置によって、前記入口部または出口部における前記所望の方向変換を、特に容易に実現することが可能である。
【００１５】
他の有利な構成では、少なくとも一つの支持チューブは、少なくとも一つの斜めに切断されたチューブ端部を備えることが可能であり、この場合、前記各チューブ端部に存在するチューブ開口が、前記入口接続部または出口接続部に面するように、前記各チューブ端部は斜めに切断される。例えば、前記入口接続部に面したチューブ開口は、前記入口側のチューブ端部において、前記入口部から前記各支持チューブへ流れを変換するのを支援することが可能である。これに類似して、前記出口接続部に面したチューブ開口は、前記出口側のチューブ端部において、前記各支持チューブから出て行く流れを前記出口部へ変換するるのを支援することが可能である。
【００１６】
他の有利な実施形態では、前記各加熱または冷却チューブは、例えば、上ケースと下ケースの二つの半ケース備えた半ケース設計で製作することが可能である。そして、前記支持チューブは、実用的には、前記二つの半ケースの一方に固定される。これによって、前記熱伝達装置の製作工程が、特に容易になる。
【００１７】
前記半ケース設計は、各半ケースが、入口接続部の半分、および、出口接続部の半分を備えるように製作することが可能であり、前記半ケースを組み立てることによって初めて前記接続部が完成する。
【００１８】
代わりの実施形態では、前記各加熱または冷却チューブはセグメント設計により実現することが可能であり、この場合、前記入口接続部を備えた端片と、前記出口接続部を備えた端片は、端面側で、チューブ形、または、ジャケット形で、前記支持チューブを含む中間片に取り付けられる。
【００１９】
他の有利な実施形態では、前記支持チューブは、前記各冷却または加熱チューブの内部で、直線状に、かつ、前記各冷却または加熱チューブの長手方向に平行に伸びるように形成することが可能である。この結果、一つの実施形態を、特に容易に実現することが可能になる。代わりに、前記支持チューブの少なくとも一つが、直線状にも、かつ／または、前記冷却または加熱チューブの長手方向に対して平行にも伸びていない実施形態も考えられる。例えば、そのような支持チューブは、蛇かまたはジグザグ状に伸びることが可能である。
【００２０】
実用的には、前記支持チューブは、それぞれ、前記各チューブの長手方向において、一定の断面有している。しかし、基本的に、少なくとも一つの支持チューブは、前記チューブの長手方向において変化するチューブ断面を有する実施形態も考えられる。例えば、このような支持チューブは、中央の楕円形または卵形の断面に、安定的に移行する円形の端断面を有することが可能である。その断面形状が前記チューブの長手方向において変化する支持チューブによって、特に、支持力、好ましくは、ばね力は、前記各加熱または冷却チューブの長手方向において変化することが可能であり、これらを、前記各チューブの前記各変形特性に適合させる。
【００２１】
本発明の他の重要な特徴ならびに利点は、従属請求項、図面、および図面に基づく関連する説明により明らかになる。
【００２２】
上述した特徴、および以下に述べる特徴は、本発明の範囲を逸脱することなく、記載している各組み合わせにおいてだけでなく、他の組み合わせにおいて、あるいは、単独で利用できることは明白である。
【００２３】
本発明の好適な実施例は図示されるとともに、以下に、詳細に説明されるが、同一か、類似しているか、または、機能的に同一の構成要素は同一の参照符号で示す。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】その排ガスシステムが熱伝達装置を有する内燃機関の、非常に簡略化された、概念的な原理図である。
【図２】簡略化して示す加熱および冷却チューブを備えた熱伝達装置の、非常に簡略化された長手方向断面である。
【図３】熱電発電機が配置された加熱および冷却チューブの側面図である。
【図４】透かして示す熱電発電機と、透かして示す壁とを備えた加熱および冷却チューブの等尺図である。
【図５】等尺図によるチューブの断面である。
【図６】上面図によるチューブの長手方向断面である。
【図７】等尺図によるチューブの長手方向断面である。
【図８】無負荷状態におけるチューブの簡略化された断面である。
【図９】負荷状態における、図８のチューブの断面である。
【図１０】他の実施形態におけるチューブの断面である。
【図１１】他の実施形態における、上面図によるチューブの長手方向断面である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１において、好ましくは、モータ車に採用することが可能な内燃機関１は、複数の燃焼室３を有するエンジン・ブロック２、燃焼室３に清浄空気を供給する清浄空気システム４、および、燃焼室３から排ガスを排出する排ガスシステム５を備えている。さらに、内燃機関１には冷却回路６が設けられており、これを用いて、エンジン・ブロック２を冷却することが可能である。この場合、冷却回路６には、また、ここでは図示しないラジエータを、必要であれば、送風機と連動させて備え、冷却回路６内に移送される冷却剤を、適宜冷却することが可能である。エンジン・ブロック２の冷却に利用される冷却回路６は、エンジン冷却回路、または、一次冷却回路と呼ぶことも可能である。この一次冷却回路６に加えて、ここでは図示しない別な冷却回路を、選択的に備えることが可能であり、これは二次冷却回路と呼ぶことも可能で、特に、それ自身のラジエータ、選択的にそれ自身の送風機、および、別な冷却剤を備えることが可能である。前記二次冷却回路は、特に、前記一次冷却回路とは異なる温度レベルで駆動することが可能である。
【００２６】
内燃機関１には、また、熱交換機、または、熱伝達装置７が設けられており、そのハウジング８は、冷却剤入口９、冷却剤出口１０、加熱媒体入口１１、および加熱媒体出口１２を備えている。熱伝達装置７は、その加熱媒体入口１１および加熱媒体出口１２を介して、排ガスシステム５、または、排ガスシステム５の排ガスライン１５に、流体的に内蔵されており、この場合、前記排ガスは、熱伝達装置７内で、加熱媒体、または、加熱流体として利用される。さらに、熱伝達装置７は、その冷却剤入口９および冷却剤出口１０を介して、冷却回路６に内蔵されており、その冷却剤は、熱伝達装置７内で、冷却剤、または、冷却流体としても利用される。ここで示す例では、熱伝達装置７は、このように、一次冷却回路６に内蔵されている。代わりの実施形態では、熱伝達装置７は、上述の二次冷却回路に内蔵することも可能である。
【００２７】
熱伝達装置７は、また、少なくとも一つの熱電発電機１３を有し、これは、熱伝達装置７の内部で、前記加熱流体および冷却流体と熱伝達的に接続されている。ハウジング８には、また、電気接続部１４が形成されており、これは、各熱電発電機１３に、適宜電気的に接続されている。
【００２８】
図２において、熱伝達装置７は、前記加熱流体、つまり、前記排ガスを移送する複数の加熱チューブ１６、前記冷却流体、つまり、前記冷却剤を移送する複数の冷却チューブ１７、および、それぞれ、、加熱チューブ１６と冷却チューブ１７との間に配置された、複数の熱電発電機１３を備えている。各熱電発電機１３は、暖側１９と冷側２０を備えており、これらは、スタック方向１８において、互いに離間している。熱電発電機１３、加熱チューブ１６、および、冷却チューブ１７の配置はスタック２１を形成しており、この中で、各暖側１９は加熱チューブ１６に面し、各冷側２０は冷却チューブ１７に面している。図２の例では、また、スタック方向１８において、各熱電発電機１３と、各チューブ１６，１７との間で、それぞれ、熱伝達層２２が配置さており、これには、特に、グラファイト箔が用いられていて、以降、符号２２で同様に示す。
【００２９】
図２では、詳細には示していない間隙であって、スタック方向１８において、隣接するチューブ１６、１７間に存在する間隙内に、それぞれただ一つの熱電発電機１３が認められる。各間隙には、例えば、図３で二重矢印で示す方向であって、図２において、図面に垂直に伸びる、スタック２１の長手方向２３において、複数のこのような熱電発電機１３を、連続して配置することも可能である。したがって、図３および図４が示す実施形態では、全く例示的に、かつ、普遍性を制限することなく、それぞれ、三つのこのような熱電発電機１３が、スタック方向２３において、連続して配置されている。
【００３０】
図２では、矢印２４で示すように、スタック２１は、スタック方向１８に締め付けられ、これによって、チューブ１６、１７は、スタック方向１８において、グラファイト箔２２を介して、各熱電発電機１３に付勢されて支持される。付勢力２４は、図２の例では、付勢装置２５を用いて実現されており、この付勢装置は、熱伝達装置７のハウジング８内に配置するか、または、ここで示す例のように、熱伝達装置７のハウジング８自身によって形成することが可能である。付勢装置２５は、特に、二つの端板、または、端底部２６を備えており、これらは、スタック方向１８において、スタック２１の両側に配置され、かつ、スタック方向１８において、自身の間に、スタック２１を収容している。ここでは、端板２６は、それぞれ、スタック２１の最外チューブ１６または１７に接触している。さらに、端板２６は、ここでは示ていないテンション・アンカを用いて、互いに付勢することが可能であり、これによって、スタック方向１８に向かう付勢力２４が生成され、スタック２１に伝達される。付勢力２４は、圧力を生成するために方向付けされ、これは、以降、符号２４によって同様に示される。
【００３１】
スタック２１の付勢によって、加熱チューブ１６および冷却チューブ１７がへこむことのないように、各チューブ１６、１７の内部空間２７に、支持構造を配置することが可能であるが、図２と３には示していない。この支持構造は、図４から１１では、複数のチューブ２８、つまり、２８ａ、２８ｂ、および、２８ｃによって形成されている。ここで示す例では、そのような加熱チューブ１６または冷却チューブ１７が用いられた各チューブ１６、１７は、全く例示的に、かつ、普遍性を制限することなく、丁度三つのこのような支持チューブ２８を含んでいる。各支持チューブ２８は、スタック方向１８において、各チューブ１６、１７の、互いに面した壁部２９に支持されている。三つの支持チューブ２８は、異なる形状を有していることが分かる。
【００３２】
図４では、三つの支持チューブ２８は、異なるチューブ長さを有している。さらに、支持チューブ２８ａは、チューブ端部３０が斜めに切断されている点で、他の支持チューブ２８ｂおよび２８ｃと異なっている。図５から７、１０および１１に示す実施形態では、支持チューブ２８は、また、チューブ断面が異なっている。例えば、支持チューブ２８ｃは円形のチューブ断面を示し、他方、二つの他の支持チューブ２８ａおよび２８ｂは、それぞれ、楕円形のチューブ断面を示している。ここでは、支持チューブ２８ａは、その楕円形の断面において、その長軸を介して壁部２９に支持され、他方、支持チューブ２８ｂは、その楕円形の断面において、短軸を介して、壁部２９に支持されている。
【００３３】
スタックの長手方向２３に平行に伸び、二重矢印で示す長手方向３１を横切る各チューブ１６、１７の内部で、支持チューブ２８は互いに離間しており、互いに接触することはない。さらに、支持チューブ２８は、それぞれ、周方向に閉じた断面を備えている。また、支持チューブ２８は、端部が開いている。したがって、各支持チューブ２８は、そのチューブ端部３０に、チューブ開口３２を有している。特に、実用的には、支持チューブ２８は、前記排ガス、または、前記冷却剤がその周囲を流れるか、または、貫流可能となるように、各チューブ１６、１７の内部に配置されている。可能な流路を、図６に、全く例示的に、矢印３３で示している。
【００３４】
図４に示す実施形態では、支持チューブ２８は、それぞれ、二つの、径方向に対向する平坦な周領域３４を有している。スタック２１、または、各チューブ１６、１７を締め付けた状態では、支持チューブ２８は、この平坦な周領域３４で、各チューブ１６、１７の壁部２９に支持されることが可能である。
【００３５】
図３から７および１１の実施形態では、各チューブ１６、１７は、その長手方向端部３５に、入口部３６および出口部３７を有している。入口部３６および出口部３７は、チューブ長手方向３１に関して対向し、かつ、長手方向３１に垂直で、かつ、スタック方向１８に垂直に伸びるチューブ横断方向３８に、それぞれ伸びている。入口部３６には、チューブ横断方向３８において、入口接続部３９が接続されている。同様に、出口部３７には、チューブ横断方向３８において、出口接続部４０が接続されている。この例では、入口接続部３９と出口接続部４０は、各チューブ１６、１７の同じ側に位置するように、同じ方向を向いている。特に、図４、６、７、および、１１より明らかなように、支持チューブ２８は、その長手方向３１において、入口部３６および出口部３７内に、異なる深さまで入り込んでいる。支持チューブ２８ａは、一方のチューブ開口３２が入口接続部３９に面し、他方のチューブ開口３２が出口接続部４０に面するように、斜めに切断されたチューブ端部３０を有している。これに対して、他の支持チューブ２８ｂと２８ｃのチューブ開口３２は、チューブ長手方向３１、つまり、軸方向に向いている。
【００３６】
図４から７の実施形態では、支持チューブ２８は、各チューブ１６、１７の内部では直線状に伸び、外部では、各チューブ１６、１７の長手方向４１に一致する、スタック長手方向２３に平行に伸びている。
【００３７】
特に、図８および９より明らかなように、各チューブ１６、１７は、例えば、半ケース設計で製作することが可能であり、各チューブ１６、１７は二つの半ケース４２、４３を有することになる。図８および９では、二つの半ケース４２、４３は、上ケース４２および下ケース４３と呼ぶことも可能である。両方の半ケース４２、４３は、縁で、互いに固く接続されている。該当する接続部は、図８および９で、符号４４で示す。接続部４４は、例えば、熔接接続か、または、フランジ接続によって実現することが可能である。実用的には、図６および７では、半ケース４２、４３は、それぞれ、入口接続部３９の半分、および、出口接続部４０の半分を備えるように製作することが可能であり、二つの半ケース４２、４３を組み立て各チューブ１６、１７とすることにより、各接続部３９、４０が完成する。
【００３８】
代わりに、セグメント設計も考えられ、これは、例えば、二つの端片と一つの中間片を備えている。各端片は、一方では、入口部３６と入口接続部３９で形成し、他方では、出口部３７と出口接続部４０で形成することが可能である。二つの端片が軸方向に取り付けられる中間片は、チューブ体、または、ジャケット体を構成し、この内部に、支持チューブ２８が配置される。
【００３９】
チューブ１６、１７は、全体として、フラット・チューブとして設計され、平坦な貫流可能な断面を備えている。その結果、各チューブ１６、１７の各貫流可能な断面は、スタック方向１８よりも、チューブ横断方向３８の方が大きい。
【００４０】
図８は、圧力２４がないときに存在する無負荷状態を示している。各チューブ１６、１７の壁４５は外に向かって湾曲しているのが分かる。図８に示す例では、支持チューブ２８は、それぞれ、その長軸がスタック方向１８に向いた楕円形の断面を有している。支持チューブ２８は、図８および９の例では、それぞれ、二つの半ケース４２、４３の一方、ここでは、上ケース４３のみに、例えば、熔接接続４６によって固定されている。図８および９の例では、三つの支持チューブ２８が、それぞれ、同じ半ケース４２、４３、つまり、下ケース４３に固定されている。異なる支持チューブ２８を、異なる半ケース４２、４３に固定する実施形態も考えられる。
【００４１】
さらに、図８の支持チューブ２８は、例示的に、無負荷状態で、対向配置された上ケース４２にも接触するように寸法が決められている。圧力２４が加えられることによって発生する図９の負荷状態では、スタック方向１８において対向する壁部２９は、それぞれ、特に、平坦であり、この場合、それぞれ、スタック方向１８に対して垂直に伸びる平面内に存在する。支持チューブ２８は、この状態で、圧力２４によってばね弾性的に変形する。例えば、楕円形断面の長軸は短くすることが可能であり、一方、同時に、楕円形断面の短軸は大きくなる。図９の負荷状態では、支持チューブ２８の断面は、ほぼ円形である。支持チューブ２８と、各チューブ１６、１７も、圧力２４によって弾性的に変形するので、圧力２４がない場合、図８の無負荷状態に戻る。
【００４２】
支持チューブ２８は、例えば、ステンレス鋼で製作される。各加熱チューブ１６は、例えば、鉄材料で、同様に製作される。各冷却チューブ１７は、例えば、軽金属材料で製作される。図１０は、このような冷却または加熱チューブ１６、１７の他の実施形態を、全く例示的に示しており、四つの支持チューブ２８、つまり、２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、および、２８ｄを含んでいる。図１１に示す実施形態では、冷却または加熱チューブ１６、１７は、四つの他の支持チューブ２８、つまり、２８ｅ、２８ｆ、２８ｇ、および、２８ｈ含んでいる。図１０は、ここでは、変形例を示しており、個々のチューブ２８は異なる直径を有している。支持チューブ２８ａは円形断面を示し、支持チューブ２８ｂは、水平の長軸を有する楕円形断面を示している。支持チューブ２８ｃは、これに対して、垂直の長軸を有する楕円形断面を示しており、この場合、ここでは、また、支持チューブ２８ｃはその断面に関し、図１０の状態は該当する場合ではないが、圧力２４が加えられたときにのみ、両方の対向配置された壁部２９に接触するように、小さく寸法を決めて形成することが可能である。各冷却または加熱チューブ内に、圧力２４を加える前に、両方の壁部２９に接触する少なくとも一つの支持チューブ２８が存在し、かつ、同時に、圧力２４を加えたときにのみ、両方の壁部２９に接触する少なくとも一つの支持チューブ２８が存在する場合、目的に応じて、特別な圧力配分をもたらすことが可能である。また、この圧力配分は、円型断面を有する支持チューブ２８と、楕円形断面を有する支持チューブ２８を同時に使用することによって、目的に応じて変更することが可能である。
【００４３】
図１１は、また、支持チューブ２８ｄにより、比較的複雑な断面を有するチューブ２８を示しており、これは、この例では、８に字状に実現されている。この断面形状により、特に、使用する半径により、各支持チューブ２８のばね効果を、目的に応じて調節することが可能である。
【００４４】
図１１では、平行にも直線状にも伸びていない支持チューブ２８を、冷却または加熱チューブ１６、１７内に配置することも可能である。例えば、支持チューブ２８ｅは、チューブ長手方向３１、または、４１において、蛇のように伸びることが可能である。これにより、支持効果と、流れ案内効果の両方を、目的に応じて変更することが可能である。
【００４５】
図１１では、少なくとも一つの支持チューブ２８は、そのッチューブ端部３０間において、少なくとも一つの横方向、または、径方向の開口４７を備えることも可能である。この例では、四つのスロット形の開口４７が示されている。このような開口４７は、他の開口断面、または、穿孔により実現することも可能である。このような開口４７を用いて、各支持チューブ２８のばね特性、および、各支持チューブの流れ案内効果を、目的に応じて変更することが可能である。
【００４６】
図１１では、支持チューブ２８の少なくとも一つは、その長手方向３１において変化する断面を有することも可能である。例えば、支持チューブ２８ｇの場合、その断面は、一方のチューブ端部３０からの距離が増加するにつれて、だいたいチューブ中央まで増大し、その後、他方のチューブ端部３０まで、再び減少する。同時に、ここでは、例えば、一方のチューブ端部３０では円形で、チューブ中央では楕円形、他方のチューブ端部３０では、再び円形というように、形状変化が起こることも可能である。この方法は、支持機能および流れ案内機能を、目的に応じて変更するのに利用することも可能である。
【００４７】
最後に、図１１は、支持チューブ２８ｈにより、一つの変形例を示しており、ここでは、少なくとも一つの支持チューブ２８が、その全長に沿ってスロット４８、つまり、断面に切れ目を有している。これによって、支持チューブ２８は、開いた、ほぼＣ形状の断面を有している。この方法は、支持機能および流れ案内機能を、目的に応じて変更するのに利用することも可能である。
【００４８】
本発明で紹介した、形状が互いに異なる複数の支持チューブ２８を使用することによって、各平坦な加熱チューブ１６、または、冷却チューブ１７の内部で、前記排ガス、または、前記冷却剤の流れ制御、または、流れ案内を実現することが可能であり、これは、各チューブ１６、１７の内部において、チューブ横断方向３８における温度分布の均一化につながる。
【符号の説明】
【００４９】
１  内燃機関
５  排ガスシステム
１３  熱電発電機
１６  加熱チューブ
１７  冷却チューブ
１８  スタック方向
２１  スタック
２４  圧力
２８  支持チューブ
２９  壁部
３０  チューブ端部
３１  長手方向
３２  チューブ開口
３４  平坦な周領域
３６  入口部
３７  出口部
３９  入口接続部
４０  出口接続部
４１  チューブ長手方向
４２  長手方向
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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