(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼機関（２）用の排気システムであって、
周方向（９）に環状の閉鎖した内壁（４）を有し、該内壁（４）の内側（１２）が排ガスに晒される、少なくとも１つの排ガス導出部材（３）と、
熱を電気エネルギーに変換すると共に、前記内壁（４）の外側（１３）に配置される、少なくとも１つの熱電発電装置（８）と、
を備え、
前記部材（３）の外壁（１４）が前記環状の内壁（４）を閉鎖するように周方向（９）を囲み、前記熱電発電装置（８）は前記内壁（４）及び前記外壁（１４）間に配置され、
前記外壁（１４）がリブ又はビーズを含み、
前記熱電発電装置（８）は、ばね構造体（２０）を介して、前記部材（３）の前記外壁（１４）の内側（２１）又は前記冷却ジャケット（１５）の前記内壁（１７）の内側（２２）に、予圧下で支持される、排気システム。
【請求項２】
冷却ジャケット（１５）が前記環状の内壁（４）を閉鎖するように周方向（９）を囲み、前記熱電発電装置（８）は前記内壁（４）及び前記冷却ジャケット（１５）間に配置されること、又は
冷却ジャケット（１５）が前記環状の内壁（４）を閉鎖するように周方向（９）を囲み、前記熱電発電装置（８）は前記内壁（４）及び前記冷却ジャケット（１５）間に配置され、前記冷却ジャケット（１５）の外壁（１６）及び内壁（１７）のうちの少なくとも一方はリブ、ビーズ、及び波形状のうちの少なくともいずれかを含むこと、
を特徴とする、請求項１に記載の排気システム。
【請求項３】
燃焼機関（２）用の排気システムであって、
周方向（９）に環状の閉鎖した内壁（４）を有し、該内壁（４）の内側（１２）が排ガスに晒される、少なくとも１つの排ガス導出部材（３）と、
熱を電気エネルギーに変換すると共に、前記内壁（４）の外側（１３）に配置される、少なくとも１つの熱電発電装置（８）と、
を備え、
冷却ジャケット（１５）が前記環状の内壁（４）を閉鎖するように周方向（９）を囲み、前記熱電発電装置（８）は前記内壁（４）及び前記冷却ジャケット（１５）間に配置され、前記冷却ジャケット（１５）の外壁（１６）及び内壁（１７）のうちの少なくとも一方はリブ又はビーズを含み、
前記熱電発電装置（８）は、ばね構造体（２０）を介して、前記部材（３）の前記外壁（１４）の内側（２１）又は前記冷却ジャケット（１５）の前記内壁（１７）の内側（２２）に、予圧下で支持される、排気システム。
【請求項４】
前記部材（３）の外壁（１４）が前記環状の内壁（４）を閉鎖するように周方向（９）を囲み、前記熱電発電装置（８）は前記内壁（４）及び前記外壁（１４）間に配置されること、又は
前記部材（３）の外壁（１４）が前記環状の内壁（４）を閉鎖するように周方向（９）を囲み、前記熱電発電装置（８）は前記内壁（４）及び前記外壁（１４）間に配置され、前記外壁（１４）がリブ、ビーズ、及び波形状のうちの少なくともいずれかを含むこと、
を特徴とする、請求項３に記載の排気システム。
【請求項５】
前記部材（３）の前記外壁（１４）は前記冷却ジャケット（１５）の前記内壁（１７）中に形成されること、又は
前記部材（３）の前記外壁（１４）は前記冷却ジャケット（１５）の前記内壁（１７）と接触すること、
を特徴とする、請求項２〜４のいずれか一項に記載の排気システム。
【請求項６】
前記熱電発電装置（８）は前記環状の内壁（４）を閉鎖するように周方向（９）を囲むこと、及び／又は
前記熱電発電装置（８）は前記内壁（４）の前記外側（１３）と接触すること、
を特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の排気システム。
【請求項７】
前記ばね構造体（２０）の周方向（９）は、ばね弾性的に曲がるように構成されること、及び／又は
前記ばね構造体（２０）は、周方向（９）に種々の弾性を有する領域（２４、２５）を含み、弾性のより高い領域（２４）及び弾性のより低い領域（２５）が周方向（９）に交互になっていること、
を特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の排気システム。
【請求項８】
前記熱電発電装置（８）は、熱を電気エネルギーに変換すると共に、電気的に相互接続されて互いから周方向（９）に離間している、複数の個々の熱電素子（２７）を含むこと、
を特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の排気システム。
【請求項９】
前記熱電素子（２７）は、前記ばね構造体（２０）の前記弾性のより低い領域（２５）に配置されること、
を特徴とする請求項７及び８に記載の排気システム。
【請求項１０】
前記熱電発電装置（８）は少なくとも１つのマトリックス基板（２８）を含み、該マトリックス基板（２８）上に、相対的な所定の位置関係で固定された複数の熱電素子（２７）が配置されること、
を特徴とする、請求項８又は９に記載の排気システム。
【請求項１１】
前記熱電発電装置（８）は外側接触層（３０）を含み、該外側接触層（３０）により前記熱電発電装置（８）が前記ばね構造体（２０）に支持されること、及び／又は
前記熱電発電装置（８）は内側接触層（１９）を有し、該内側接触層（１９）により前記熱電発電装置（８）が前記内壁（４）の前記外側（１３）と接触すること、
を特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の排気システム。
【請求項１２】
前記熱電発電装置（８）はモジュール構成を有し、複数の発電機モジュール（３２）が、周方向（９）及び／又は前記部材（３）における前記排ガスの主要な流れ方向（１１）に隣接して配置されること、
を特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の排気システム。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の排気システム（１）内に設置する熱電発電装置。
【請求項１４】
周方向（９）に環状の閉鎖した内壁（４）を有し、該内壁（４）の内側（１２）が排ガスに晒される、少なくとも１つの排ガス導出部材（３）と、熱を電気エネルギーに変換すると共に、前記内壁（４）の外側（１３）に配置される、少なくとも１つの熱電発電装置（８）と、を備える燃焼機関（２）用の排気システム（１）を製造する方法であって、
前記内壁（４）及び外壁（１４）間に配置される前記熱電発電装置（８）は、前記外壁（１４）がその断面の縮小のために塑性再成形されることで径方向に予圧されるものであり、
前記排気システム（１）では、
前記部材（３）の前記外壁（１４）が前記環状の内壁（４）を閉鎖するように周方向（９）を囲み、前記熱電発電装置（８）は前記内壁（４）及び前記外壁（１４）間に配置され、前記外壁（１４）がリブ、ビーズ、及び波形状のうちの少なくともいずれかを含む、又は、
冷却ジャケット（１５）が前記環状の内壁（４）を閉鎖するように周方向（９）を囲み、前記熱電発電装置（８）は前記内壁（４）及び前記冷却ジャケット（１５）間に配置され、前記冷却ジャケット（１５）の外壁（１６）及び内壁（１７）のうちの少なくとも一方はリブ、ビーズ、及び波形状のうちの少なくともいずれかを含み、前記部材（３）の前記外壁（１４）が前記環状の内壁（４）を閉鎖するように周方向（９）を囲み、前記熱電発電装置（８）は前記内壁（４）及び前記外壁（１４）間に配置される、又は、
冷却ジャケット（１５）が前記環状の内壁（４）を閉鎖するように周方向（９）を囲み、前記熱電発電装置（８）は前記内壁（４）及び前記冷却ジャケット（１５）間に配置され、前記冷却ジャケット（１５）の外壁（１６）及び内壁（１７）のうちの少なくとも一方はリブ、ビーズ、及び波形状のうちの少なくともいずれかを含み、前記部材（３）の前記外壁（１４）が前記環状の内壁（４）を閉鎖するように周方向（９）を囲み、前記熱電発電装置（８）は前記内壁（４）及び前記外壁（１４）間に配置され、前記外壁（１４）がリブ、ビーズ、及び波形状のうちの少なくともいずれかを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼機関、より好ましくは路上走行車（road vehicle：オンロード車）又は別の移動式若しくは定置式の装置の燃焼機関用の排気システムに関する。さらに、本発明は、かかる排気システム用の熱電発電装置に関する。また、本発明は、かかる排気システムを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気システムは一般に知られており、燃焼機関の場合、燃焼排ガスの排出を行う。かかる排気システムは例えば管及び排ガス処理装置等、複数の種々の部材を備える。個々の部材が互いに接続されて排気ラインを形成し、この排気ラインでは個々の排ガス処理装置が管を介して互いに接続される。排ガス処理装置は例えば酸化触媒コンバーター、粒子フィルター、ＳＣＲ触媒コンバーター及びＮＯｘ吸蔵触媒コンバーターである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、排気システムの改良形態（より好ましくは、エネルギー回収率を改善し得ることを特徴とするもの）を提示することであり、その結果、より好ましくは排気システムを備えた燃焼機関又は燃焼機関及び排気システムを備えた車両のエネルギー効率を増加する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によれば、この課題は独立請求項の主題により解決される。有利な実施の形態は従属請求項の主題である。
【０００５】
本発明は、排ガス中に含まれている熱を電気エネルギーに変換するという一般概念に基づいている。このため、本発明は、排気システムの少なくとも１つの部材であって、運転時の燃焼機関による排ガスを導出する、内壁を有する少なくとも１つの部材を、熱を電気エネルギーに変換する熱電発電装置に接続することを提案する。これによって、排ガス中に含まれる廃熱を直接用いて、燃焼機関又はかかる燃焼機関を備えた車両に利用可能にすることができる電気エネルギーを発生させることができる。その点で、車両のエネルギー効率を改善することができる。
【０００６】
熱電発電装置は例えば、ペルチェ素子の原理に従って、ただし逆動作モードで動作する。ペルチェ素子は電圧の印加によりペルチェ素子の低温側から高温側に熱を運ぶが、この原理は熱電発電装置又は個々の熱電素子に関して逆となり、熱電素子の高温側から低温側への熱の流れにより生じる電圧が、取り出される。したがって、かかる熱電素子の利用により、熱流を電気エネルギーに変換することができる。
【０００７】
具体的には、本発明は、熱電発電装置を、部材の内壁（その内側が排ガスに晒される）の外側に配置することを提案する。したがって、内壁により熱電発電装置を排ガスから分離し、より好ましくは熱電発電装置を排ガスによる汚染から保護する。ここでは、内壁は周方向に閉鎖され、管とすることができるか又は各部材の管状部を形成することができる。ここで、周方向は、部材における排ガスの流れ方向又は部材における排ガスの主要な流れ方向に基づいており、当該流れ方向又は当該主要な流れ方向は、当該周方向の円に対する軸を規定する。
【０００８】
有利な一実施の形態によれば、熱電発電装置は環状の内壁を閉鎖するように周方向を囲むことができる。こうして熱電発電装置が内壁を包囲することで、内壁から熱電発電装置への均一な放熱が可能となる。同時に、熱利用効果を高めることができる。
【０００９】
別の有利な実施の形態によれば、部材は外壁を含むことができ、この外壁が部材の環状の内壁を閉鎖するように周方向を囲む。その場合、熱電発電装置は内壁及び外壁間に配置される。これにより、熱電発電装置がこれらの２つの壁間に封じ込められ、その結果、一方で内壁により排ガスから保護され、他方で外壁により排気システムの周囲から保護されることで、熱電発電装置の動作上の安全性が高まる。
【００１０】
別の有利な実施の形態に関して、冷却ジャケットを設けることができ、この冷却ジャケットが環状の内壁を閉鎖するように周方向を囲み、その場合、熱電発電装置は内壁及び冷却ジャケット間に配置される。冷却ジャケットにより熱電発電装置の外側での特定の温度降下が可能となる。一方で、熱電発電装置の内側から熱電発電装置の外側にかけて温度降下が増大する。他方で、熱電発電装置を介して内側から外側に運ばれた熱が、高い温度差を維持するように冷却ジャケットを介して急速に放出され得る。これにより、電気エネルギーへの熱の変換を高めることができる。
【００１１】
最も単純な場合の冷却ジャケットは環状路の横断面を有する二重管によって形成することができる。同様に、冷却ジャケットは、熱電発電装置の周りに螺旋状に延びると共に内壁と同軸に整列する冷却チューブによって形成することができる。
【００１２】
実際的には、前述した部材の外壁を、冷却ジャケットの内壁によって形成することができ、その結果、熱電発電装置の領域での排気システムの一体化の程度が高まることで、軽量となると共に製造コストが減る。代替的に、部材の外壁を、冷却ジャケットの内壁と接触させることも可能である。この結果、組立の単純化につながり得る別個の製造が可能となる。
【００１３】
有利な一実施の形態によれば、熱電発電装置は内壁の外側と直接接触することができるが、その場合、より好ましくは、熱電発電装置は内側接触層を有し、この内側接触層により熱電発電装置が内壁の外側と直接接触し得る。熱電発電装置と内壁との直接接触により、内壁及び熱電発電装置間の伝熱が高まることで、発電効果が高まる。
【００１４】
別の有利な実施の形態によれば、熱電発電装置を、ばね構造体を介して、部材の外壁の内側又は冷却ジャケットの内壁の内側に、予圧下で支持することができる。このばね構造体の利用により生じる予圧により、一方で熱電発電装置が部材の内壁に押圧され、他方で部材の外壁又は冷却ジャケットの内壁に対する熱電発電装置の予圧支持がもたらされる。これに加え、ばね構造体により、部材の外壁又は冷却ジャケットの内壁に対する熱電発電装置の相対移動が可能となる。これは、燃焼機関の冷間始動における排気システムの初期昇温時に特に有利である。このプロセスでは、排ガスに晒される内壁が先に昇温し、その結果、内壁が外側に向かって膨張する。これにより、熱電発電装置も外側に向かって移動し、部材のより低温の外壁又は冷却ジャケットのより低温の内壁に押圧される。このプロセスでは、ばね構造体の利用により生じた予圧が同時に増加する。そのため、ばね構造体により、熱に関連した膨張作用の補償が可能となる。同時に、それにより予圧が増し、この予圧により熱電発電装置が熱源（内壁）又はヒートシンク（部材の外壁又は冷却ジャケットの内壁）と接触する。一方で熱源及び熱電発電装置間の予圧が高くなるほど、他方でヒートシンク及び熱電発電装置間の予圧が高くなるほど、伝熱特性が増すことが示されている。したがって、ばね構造体の利用により生じた予圧により、エネルギー変換効率が増すことになる。
【００１５】
熱電発電装置が複数の発電機モジュールを含むようにモジュール式に構成される実施の形態が特に有利である。これらの発電機モジュールは、各熱電発電装置を種々の設置状況に容易に適応させることができるように単純に相互接続することができる。また、使用する発電機モジュールの数により熱電発電装置の電力を決定することができる。個々の発電機モジュールは熱電発電装置それぞれの周方向セグメントを形成するように周方向に隣接して配置することができる。発電機モジュールを軸方向に隣接して配置するようにしてカスタマイズすることも同様に可能である。したがって、その場合、発電機モジュールは熱電発電装置の軸方向セクションを形成する。ここでは、軸方向は部材の内壁内の排ガスの流れ方向又は主要な流れ方向に対応する。軸方向と同様に周方向にも互いに隣接して発電機モジュールを配置することで、熱電発電装置を構成することも可能である。また、熱電発電装置のモジュール設計により、内壁の外側への熱電発電装置の取付けが単純化することで、排気システムの製造が容易となる。
【００１６】
本発明によれば、かかる排気システムは、熱電発電装置が内壁及び外壁間に配置される場合、規定の横断面の縮小目的により外壁が塑性変形することで、製造することができる。換言すれば、熱電発電装置を備えた部材は、触媒コンバーター又は粒子フィルターのキャニング工程（canning process：被覆工程）の場合において、特に塑性変形する。外壁の変形は、熱電発電装置に関して、一方で内壁及び熱電発電装置間、他方で熱電発電装置及び外壁間の伝熱に有利である所望の径方向の予圧（radial preload：ラジアル予圧）が生じるように行われる。これにより、無負荷状態で外壁の横断面縮小前に組立を達成することができるため、熱電発電装置を備えた部材の製造が単純化し、そのため、例えば、熱電発電装置を外壁の外側に取り付けるか又は外壁に挿入することが容易に可能となる。
【００１７】
本発明のさらに重要な特徴及び利点は、図面及びそれによる対応の図面の説明から、従属請求項により得られる。
【００１８】
上述し、以下でさらに説明される特徴は、本発明の範囲から逸脱しない限り、提示した各組み合わせで用いることができるだけでなく、他の組み合わせで又は単独で用いることができることを理解されたい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によると、排気システムの改良形態（より好ましくは、エネルギー回収率を改善し得ることを特徴とするもの）を提示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】排気システムの大幅に単純化した例示的な回路図である。
【図２】熱電発電装置の領域における排気システムの横断面図である。
【図３】図２による細部ＩＩＩを平面で示した拡大図である。
【図４】種々の実施形態のうちの１つによるばね構造体の上面図である。
【図５】種々の実施形態のうちの１つによるばね構造体の上面図である。
【図６】２つの発電機モジュールを有する熱電発電装置の等角図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の好適であり例示的な実施形態を図面に示し、以下の説明においてより詳細に説明するが、ここでは、同じ参照符号は同じ又は同様の又は機能上同じ部材を指す。
【００２２】
図面は各場合において概略的に示す。図１は、排気システムの大幅に単純化した例示的な回路図である。図２は、熱電発電装置の領域における排気システムの横断面図である。図３は、図２による細部ＩＩＩを平面で示した拡大図である。図４は、種々の実施形態のうちの１つによるばね構造体の上面図である。図５は、種々の実施形態のうちの１つによるばね構造体の上面図である。図６は、２つの発電機モジュールを有する熱電発電装置の等角図である。
【００２３】
図１によれば、排気システム１（この利用により燃焼機関２の排ガスが放出される）が複数の排気導出部材３を備え、この部材３のそれぞれは内壁４を有する。燃焼機関２及び排気システム１は路上走行車にまず(preferentially)配置することができる。路上外走行車（off-road vehicle：オフロード車）、移動式又は定置式構造の機械及び作業機等の他の移動式又は定置式の用途も可能である。最も単純な場合の部材３は管５又は排ガス処理装置６である。かかる部材３は排気マニホルド７によって同様に形成することができる。図１の例には、１つの排ガス処理装置６しか示していない。しかしながら、排気システム１が複数の排ガス処理装置６を同時に備えることができることは明らかである。例えば酸化触媒コンバーター、粒子フィルター、ＳＣＲ触媒コンバーター及びＮＯｘ吸蔵触媒コンバーター等、種々の排ガス処理装置６があり得る。さらに、少なくとも１つの排ガス処理装置６を、サイレンサーの形態で設けることができる。基本的に、かかる排ガス処理装置６の任意の組合せが考えられる。
【００２４】
部材３に応じて、内壁４は、例えば管５に関係する場合は部材３そのものによって形成されるか、又は、例えば排ガス処理装置６若しくは排ガスシステム１の例えばマニホルド７等の別の部材に関係する場合は部材３のハウジングセクションによって形成される。
【００２５】
図１によれば、排気システム１は少なくとも１つの熱電発電装置８（以下、ＴＥ発電装置８又は発電装置８とも略記する）も備えることができる。図１の例では、２つのかかるＴＥ発電装置８を、単に例示的に示す。一方のＴＥ発電装置８は、管５として構成される部材３に取り付けられ、他方のＴＥ発電装置８は、排ガス処理装置６として構成される部材３に取り付けられる。別の実施形態に関してＴＥ発電装置８を１つだけ用いることもできることは明らかである。２つより多くのＴＥ発電装置８を用いることができる実施形態も同様に考えられる。
【００２６】
各ＴＥ発電装置８は熱を電気エネルギーに変換することができる。このため、各ＴＥ発電装置８は、所望の電気エネルギーを供給するべく熱流から発生させた電圧を取り出すことができるという点で、逆ペルチェ原理に従って動作する。
【００２７】
図２によれば、該図は、ＴＥ発電装置８を備えた排気システム１の部材３の横断面を示し、環状の内壁４が周方向９に閉鎖されている。この場合の周方向９は、排ガスの流れ方向又は主要な流れ方向に関連し、この流れ方向は内壁４の直線経路に関して部材３又は内壁４の長手方向中心軸１０と一致する。図２の横断面では、長手方向中心軸１０は紙面に対して垂直に立っている。したがって、流れ方向及び主要な流れ方向も同様に図２の図の平面に対して垂直に延びる。この流れ方向又は主要な流れ方向は図１に矢印１１により表されている。
【００２８】
部材３の内壁４は排ガス又は排ガス流に晒される内側１２を含む。ここでは、熱電発電装置８は内壁４の外側１３に配置される、すなわち内壁４によって排ガスから分離される。図２に示す好適な実施形態によれば、ＴＥ発電装置８は、部材３の環状の内壁４を閉鎖し、周方向９を囲むように構成される。別の実施形態（図示せず）に関して、ＴＥ発電装置８は内壁４を部分的にだけ囲むこともできる。
【００２９】
例えば内壁、外壁、内側及び外側の「内」及び「外」という語は、長手方向中心軸１０に対する関係を指し、「内」は長手方向中心軸１０に面し、「外」は長手方向中心軸１０から離れて面する。
【００３０】
部材３は外壁１４をさらに備えることができ、この外壁１４が環状の内壁４を閉鎖するように周方向９を囲む。実際的には、その場合、ＴＥ発電装置８は内壁４及び外壁１４間に配置される。図２の例では、部材３はさらに冷却ジャケット１５を備え、この冷却ジャケットが部材３の環状の内壁４を閉鎖するように周方向９を囲む。したがって、ＴＥ発電装置８は内壁４及び冷却ジャケット１５間に配置される。図２の例では、外壁１４が冷却ジャケット１５とは別個の部材であるため、冷却ジャケット１５の他に存在する。したがって、外壁１４は同様に、冷却ジャケット１５及び内壁４間又は冷却ジャケット１５及びＴＥ発電装置８間に位置する。図２の例の冷却ジャケット１５は外壁１６及び内壁１７並びに冷媒通路１８を含み、この冷媒通路１８では適した冷媒がその間を循環する。冷媒通路１８は例えば環状の横断面プロファイルを有することができ、内壁４と同軸に延びる。冷却ジャケット１５を、管中に形成するとともに長手方向中心軸１０に対して螺旋状となりＴＥ発電装置８又は外壁１４の周りに巻かれるように形成することも、同様に可能である。
【００３１】
冷却ジャケット１５は外壁１４に対して付加的又は代替的に設けられる。
【００３２】
図２に示す実施形態に関して、部材３の外壁１４は冷却ジャケット１５の内壁１７と接触する。ここでは、好ましくは好都合な伝熱（heat transport）を可能にするために面接触（flat contact）が好ましい。これとは対照的に、図３は、部材３の外壁１４が、存在しないか又は冷却ジャケット１５の内壁１７と一致するか又は冷却ジャケット１５の内壁１７中に形成される一実施形態を示す。この設計に関して、２つの伝熱、すなわちＴＥ発電装置８から外壁１４への伝熱及び外壁１４から内壁１７への伝熱はない。したがって、図３に示す実施形態では熱をより効果的に放出することができる。
【００３３】
ＴＥ発電装置８が部材３の内壁４の外側１３と直接接触することで、内壁４からＴＥ発電装置８への集中的な伝熱が可能となる。これに関して、図３及び図６によるＴＥ発電装置８は内側接触層１９を含むことができ、この内側接触層１９によりＴＥ発電装置８が内壁４の外側１３と直接接触する。
【００３４】
図示のＴＥ発電装置８の各領域は、図２の組立状態では実際的には湾曲しているが図３及び図６では平坦すなわち展開状態で表されている。したがって、図３及び図６における周方向９は直線に延びている。しかしながら、内壁４は必ずしも円形の横断面を有する必要がないため、ＴＥ発電装置８の直線又は平坦なセクションも考えられ、一方で円形の又は湾曲した横断面、他方で角状、より好ましくは矩形の角状の横断面を有することができる。
【００３５】
図３及び図６によれば、外壁１４又は冷却ジャケット１５に面する側のＴＥ発電装置８はばね構造体２０を含み、このばね構造体２０は図４及び図５それぞれに上面図で詳細に示され、長手方向中心軸１０に対して径方向に向いている。ばね構造体２０により、ＴＥ発電装置８が部材３の外壁１４の内側２１又は冷却ジャケット１５の内壁１７の内側２２に予圧下で支持される。そこでは、予圧は軸方向１０又は流れ方向１１に関して径方向に向けられる。一方で内壁４の、他方で外壁１４又は冷却ジャケット１５でのＴＥ発電装置８の径方向の予圧が付与された接触により、内壁４からＴＥ発電装置８を介して外壁１４又は冷却ジャケット１５への伝熱が高まる。熱伝導性が良好になるほど、ＴＥ発電装置８により達成可能な電気エネルギー収率が良好になる。
【００３６】
しかしながら、ばね構造体２０により内壁４及び冷却ジャケット１５間の径方向の相対移動も可能となる結果、強制的に冷却ジャケット１５に対するＴＥ発電装置８の移動ももたらされる。複数の矢印２３が図２に繰り返されており、この矢印は、内壁４が燃焼機関２の冷間始動時に昇温する場合の内壁４の膨張を示す。かかる冷間始動時、内壁４は、外壁１４よりも先に、又はいずれにしても冷却される冷却ジャケット１５に比して、昇温する。これに関して、かかる膨張が生じる結果、外壁１４又は冷却ジャケット１５に対するＴＥ発電装置８の相対的な調整が生じる。ばね構造体２０により、かかる相対的な調整が可能となり、このプロセスでは、一方で内壁４に対する、他方で外壁１４又は冷却ジャケット１５に対する、ＴＥ発電装置８の予圧の増加が同時にもたらされる。その結果、ＴＥ発電装置８の効率が燃焼機関２の運転時に増す。
【００３７】
図４及び図５によれば、ばね構造体２０は、周方向９に曲がる（yield）ようにばね弾性的に構成され、それにより、上記膨張又は外側へのＴＥ発電装置８の上記調整を容易に吸収することができる。ばね構造体内で所望のばね弾性を達成するために、ばね構造体２０は、周方向９に種々の弾性を有する領域２４及び２５を含むことができる。そこでは、弾性のより高い領域２４及び弾性のより低い領域２５が周方向９に交互になっている。図４及び図５の例では、弾性のより高い領域２４はそれぞれ貫通孔（breakthroughs）２６の利用により具現され、この貫通孔は、所望のばね弾性を保証するように、スリット形態（図４）で又は複雑な幾何学形状（図５）を有して具現することができる。このようにしてばね弾性を増大させるように、貫通孔２６の代わりにばね材料の厚みを減らすことも同様に可能である。特にばね構造体２０が領域２４において領域２５におけるよりも高いばね弾性を周方向９に有するように三次元成形を行うこともできる。例えば、領域２４を波形状に構成することができるか又はジグザグ折りにすることができ、その場合、個々の波形又は折りは長手方向中心軸１０に平行に延び、周方向９に互いに隣接する。弾性のより低い領域２５をビーズ等により剛性にすることも同様に可能である。ばね構造体２０はより好ましくは、成形されたシートメタル部として設計することができる。
【００３８】
図３及び図６によれば、ＴＥ発電装置８は実際的には複数の個々の熱電素子２７（以下、ＴＥ素子２７又は素子２７とも呼び得る）を含む。個々のＴＥ素子２７はそれぞれ熱を電気エネルギーに変換することができる。ＴＥ発電装置８を形成するために、ＴＥ素子２７は電気的に相互接続され、図３によれば、少なくとも周方向９に互いに離間している。図６によれば、ＴＥ素子２７はまた軸１０の方向に互いに離間することもできる。そのため、ＴＥ素子２７の列（周方向９に隣接したＴＥ素子２７を有する）が軸１０の方向に互いに隣接することは明らかである。
【００３９】
ここでは、特にＴＥ素子２７が各種ばね構造体２０の弾性のより低い領域２５に配置されるような、ばね構造体２０の領域２４、２５に対してＴＥ発電装置８内のＴＥ素子２７の位置が適応する実施形態が、実用的である。これにより、径方向の予圧がＴＥ素子２７の位置に特にもたらされる。
【００４０】
図３及び図６から分るように、ＴＥ発電装置８は少なくとも１つのマトリックス基板２８を含むことができ、このマトリックス基板２８上に、関連付けられたＴＥ素子２７が、相対的な所定の位置関係で固定配置される。個々のＴＥ素子２７はマトリックス基板２８に部分的に埋め込まれて示されている。ここでは、マトリックス基板２８が、適したやり方でＴＥ素子２７を電気的に相互接続させる電気接点２９を含む実施形態が特に有利である。このため、接点２９はマトリックス基板２８内に埋め込むことができる、すなわち、マトリックス基板２８内に延びることができる。
【００４１】
さらに、ＴＥ発電装置８は外側接触層３０を備えることができ、この外側接触層３０を介してＴＥ発電装置８自体がばね構造体２０に支持される。この例では、外側接触層３０もまた、適したやり方でＴＥ素子２７を電気的に相互接続させる電気接点３１を備える。これらの接点３１もまた実際的には、外側接触層３０内に延びるように該外側接触層３０内に埋め込むことができる。図示の例では、個々のＴＥ素子２７は、隣接し合うＴＥ素子２７がマトリックス基板２８の接点２９及び外側接触層３０の接点３１により交互に電気的に相互接続されるように直列に接続される。
【００４２】
内側接触層１９及び／又は外側接触層３０は、内壁４又は外壁１４若しくは冷却ジャケット１５との面接触を高めるか又は達成する役割を果たす。そこでは、各接触層１９又は３０はより好ましくは、許容ずれ量（tolerance offset）を達成することができる。接触層１９、３０として例えばグラファイト箔が適している。
【００４３】
内側接触層１９及び／又は外側接触層３０は、ここで示す実施形態とは独立した複数の層又は複数の構成物を含むことができる。例えばポリイミド、アラミド、カプトン、又は概して熱硬化性プラスチック若しくは温度耐性プラスチックから成る耐圧絶縁箔を、例えば、接点２９、３１の埋込み及び絶縁のために、また、内壁４又は外壁１４若しくは冷却ジャケット１５に対する絶縁のために設けることができる。
【００４４】
図２及び図６によれば、ＴＥ発電装置８を好適な実施形態に従ってモジュール式に構成することができる。したがって、各ＴＥ発電装置８は複数の発電機モジュール３２を含む。これらの発電機モジュール３２は組立状態でＴＥ発電装置８を形成するように適したやり方で電気的に相互接続される。図２によれば、複数の発電機モジュール３２を周方向９に隣接して配置することができる。図２は例示的に、９０度の円弧セグメントをそれぞれが覆う４つの同一の発電機モジュール３２を示す。他の仕切りも具現することができることは明らかである。これとは対照的に、図６は２つの発電機モジュール３２を示し、これらは各部材３内の少なくとも内壁４内に広がる主要な流れ方向１１において互いに前後に配置される。
【００４５】
明らかに、各発電機モジュール３２は複数のＴＥ素子２７、マトリックス基板２８及び任意選択的に接触層１９、３０を含む。実際的には、各用途形態すなわち各部材３に適応させることができる同一の発電機モジュール３２を設けることができる。
【００４６】
図３による冷却ジャケット１５の内壁１７は軸方向及び／又は周方向にばね弾性構造３４を有することができ、このばね弾性構造３４はより好ましくは波形状に設計することができる。
【００４７】
図３に示す特定の実施形態に関して、さらに明らかには、内壁４はその内側１２に熱交換器構造体３３を備えることができる。例えば複数のリブ又はフィン等を含むことができるかかる熱交換器構造体３３により、内壁４に対する排ガスの伝熱が高まる。付加的に又は代替的に、冷却ジャケット１５の内壁１７も同様に、例えばリブ若しくはビーズ又は波形状により具現することができる熱交換器構造体３４を備えることができる。この熱交換器構造体３４により、特に、内壁１７から、冷媒通路１８において運ばれる冷媒への伝熱が高まる。付加的に又は代替的に、冷媒ジャケット１５の外側１６もまたかかる熱交換器構造体３４を備えることができることは明らかである。さらに、内壁４の熱交換器構造体３３及び／又は冷却ジャケット１５の熱交換器構造体３４を互いに独立して具現することができ、また、図３、又は図３の特定の例示的な実施形態に示すＴＥ発電装置８の他の特徴と独立して具現することもできることは明らかである。
【００４８】
図１によれば、冷却ジャケット１５は冷却回路３５又は３６に接続することができる。この例では、説明を簡潔にするために、２つの冷却回路３５、３６、すなわち、例えば燃焼機関２の冷却回路とすることができる高温冷却回路３５、及び、高温冷却回路３５に比して冷媒の温度が明らかにより低いことを特徴とする低温冷却回路３６を示す。例えば、約２０℃の冷媒温度が、低温冷却回路３６内で実現され得る。これとは対照的に、高温冷却回路３５は通常、冷媒温度が約９０℃である。ＴＥ発電装置８の特に高い効率は、特に高い温度降下と共に実現され得る。特に高い温度降下は、低温冷却回路３６の利用により実現することができる。各冷却回路３５、３６は、冷媒ポンプ３７及び適した熱交換器３８を含み、例えばこれらに周囲空気を流入させることができる。図１に示す各冷却回路３５、３６の個々の部材の位置は単なる例示である。より好ましくは、燃焼機関２の上流の高温冷却回路３５における冷却ジャケット１５の図示の位置は、次善のものである。
【００４９】
部材３を製造するために、熱電発電装置８を内壁４及び外壁１４間に半径方向に配置する構成が、最初に作製され得る。これは、例えば最初に熱電発電装置８を内壁４の外側に取り付けることで実現することができる。この後、外壁１４を内壁４及び発電装置８のユニットに軸方向に押すことができる。最初に熱電発電装置８を外壁１４に挿入し、続いて発電装置８及び外壁１４のユニット内に内壁４を軸方向に挿入することも、同様に可能である。
【００５０】
この後、外壁１４をその横断面が縮小するようにして塑性再成形する。そのため、再成形は径方向に行われる。この再成形プロセスの目的は、熱電発電装置８、又は発電装置８のばね構造体２０の弾性圧縮を生じさせることである。この結果、外壁１４の再成形により、内壁４及び外壁１４に対する発電装置８の所望の径方向の予圧を確立することができる。この内径方向の予圧の後続発生は、結果として、組立時における内壁４及び外壁１４間の径方向の環状スペース内への発電装置８の挿入を実質的に単純化するため、有利である。
【符号の説明】
【００５１】
１  排気システム
２  燃焼機関
３  排気導出部材
４  内壁
５  管
６  排ガス処理装置
７  マニホルド
８  熱電発電装置
９  周方向
１０  長手方向中心軸
１１  矢印
１２  内側
１３  外側
１４  外壁
１５  冷却ジャケット
１６  外壁
１７  内壁
１８  冷媒通路
１９  内側接触層
２０  ばね構造体
２１、２２  内側
２３  矢印
２４、２５  弾性を有する領域
２６  貫通孔
２７  熱電素子
２８  マトリックス基板
２９  接点
３０  外側接触層
３１  接点
３２  発電機モジュール
３３  熱交換器構造体
３４  ばね弾性構造
３５、３６  冷却回路
３７  冷媒ポンプ
３８  熱交換器
【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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