用于机动车辆的热交换器，尤其废气热交换器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于机动车辆的热交换器(1)，尤其废气热交换器，具有：外管(2)，沿纵向方向(L)延伸，用于流过热气体(H)，限定外管内部空间(3)，所述外管(2)在垂直于所述纵向方向(L)的横截面中包括至少两个外管管壁(31a，31b)；内管(4)，布置在外管内部空间(3)中，沿着所述纵向方向(L)延伸，所述内管(4)在纵向端部(26a)处设计成封闭的，限定内管内部空间(5)，所述内管(4)在垂直于纵向方向(L)的横截面中包括至少两个内管管壁(33a，33b)；多个热电模块(10)，布置在外管管壁(31a，31b)的外侧(8)上，每个热电模块具有面向所述外管(2)的热侧(11)以及背向所述外管(2)的冷侧(12)；在至少一个外管管壁(31a，31b)的内侧(62)上设置有至少一个表面积扩大结构(50)。

Heat exchangers for motor vehicles, especially exhaust gas heat exchangers

The invention relates to a heat exchanger (1) for a motor vehicle, especially an exhaust heat exchanger, with an outer tube (2) extending along a longitudinal direction (L) to flow through a hot gas (H) and limiting the inner space of the outer tube (3), and the outer tube (2) includes at least two outer tube walls (31a, 31b) in the cross section perpendicular to the longitudinal direction (L); The inner tube (4) is arranged in the outer tube interior space (3), extending along the longitudinal direction (L), which is designed to be closed at the longitudinal end (26a), limiting the inner space of the inner tube (5), and the inner tube (4) in the cross section perpendicular to the longitudinal direction (L) includes at least two inner tube walls (33a, 33b), and a plurality of thermoelectric modules (10), On the outer side (8) of the outer tube wall (31a, 31b), each thermoelectric module has a hot side (11) facing the outer tube (2) and a cold side (12) back to the outer tube (2), and at least one surface area expansion structure (50) is arranged on the inside (62) of at least one outer tube wall (31a, 31b).

【技术实现步骤摘要】
用于机动车辆的热交换器，尤其废气热交换器
本专利技术涉及一种用于机动车辆的热交换器，特别是废气热交换器。此外，本专利技术涉及一种具有包括排气系统的内燃机的机动车辆，以及与排气系统相互作用的这种热交换器。
技术介绍
热交换器与内燃机的排气系统结合使用，以便使废气中所含的热量成为可利用的。为此，能够在热交换器中设置具有热电元件的热电模块。这种热电元件由热电半导体材料组成，其将温差转换为电位差，即转换成电压，反之亦然。这样，来自热交换器的热能能够转换成电能。物理上，当它们将热量转换成电能时，热电模块基于塞贝克效应。在热电模块内，p掺杂和n掺杂的热电元件相互连接。通常，多个这种热电模块相互连接以形成热电发电机，该热电发电机能够结合相应的热流而从温差产生电能或电压。在热交换器中，产生电能所需的热电模块的热侧和冷侧之间的温差由此产生：热侧的热气体和温度低于热气体的冷却剂与热电模块的冷侧发生热相互作用。这是通过以下方式实现的：热电模块的热侧和冷侧适当地布置在由热气体和冷却剂流过的热交换器中。
技术实现思路
因此，本专利技术解决了上述类型的热交换器的改进的或至少另一个实施例的问题，其特征在于改进的效率。该目的通过独立专利权利要求的主题解决。优选实施例是从属专利权利要求的主题。因此，本专利技术的总体基本构思是：将具有热电元件的热电模块布置在热交换器中，使得传导通过热交换器的热气体以冲击射流的形式撞击热电模块的热侧。这具有这样的结果，即从热气提取特别大量的热量，遵循热电发电机的工作原理，该热量能够通过热电模块转换成电能。这伴随着热交换器的效率的提高，当其被用作废气热交换器时被证明是特别有利的，以便使内燃机的废气中所含的能量成为可利用的。根据本专利技术的热交换器能够优选用作废气热交换器，该热交换器包括沿着纵向方向延伸用于热气体流过的外管，该外管限定了外管内部空间，为此在垂直于纵向方向的横截面中包括两个外管管壁。在外管内部空间中，优选地与外管同轴地布置有用于沿着纵向方向延伸的由热气体流过的内管，该内管限定了内管内部空间。在纵向端部处，内管设计为封闭的，并且在垂直于纵向方向的横截面中包括至少两个内管管壁。此外，在内壁管壁上形成多个孔口。通过所述孔口，内管内部空间与外管内部空间流体连通。根据本专利技术的热交换器还包括布置在外管管壁外侧上的多个热电模块。每个热电模块具有面向外管的热侧和背向外管的冷侧。此外，热交换器包括至少一个用于使冷却剂流过的冷却剂管，其布置在至少一个热电模块的冷侧上。对于本专利技术来说，在这里介绍的热电式热交换器的情况下，表面积扩大结构设置在外管内侧，即设置在热电模块的热侧上。术语“表面积扩大结构”意思是任何机械结构，例如突起等，其扩大了外管的内部的或外管的外管管壁的表面积。通过这种表面积扩大结构，增加了冲击射流冲击外管以便将热量传递给热电模块的有效相互作用区域。这导致改善从冲击射流到热电模块的热传递。结果，由作为热电发电机的热电模块产生相应更多的电能，这又增加了整个热交换器的效率。独立于此，冲击射流的流动方向也能够在其撞击外管被反射的前后借助于表面积扩大结构被影响。因此例如能够引导经反射的冲击射流，使得撞击外管的后续冲击射流不受反射的冲击射流的干扰或仅在很小的程度上被干扰。因此，能够确保冲击区域(即热电模块布置在外侧上的外管的区域)能够以尽可能小的干涉进行冲击。换句话说，借助表面积扩大结构能够确保，冲击射流的几何和空气动力驻点是相同的，因此在反射期间冲击射流的偏转角度假定为零值。根据优选实施例，表面积扩大结构相对于纵向方向布置在至少一个热电模块的区域中。以这种方式确保在热电模块的区域中的扩大的热交换是可能的，使得热电模块能够吸收来自冲击射流或热气的增加量的热量。根据优选实施例，至少一个表面积扩大结构与至少一个孔口对置。以这种方式确保从孔口排出的热气至少部分地撞击表面积扩大结构。该措施还确保在热电模块的区域中发生扩大的热交换，使得热电模块能够吸收来自冲击射流或热气的增加的热量。实践中，表面积扩大结构从至少一个外管管壁朝向内管向内部突出。特别优选地，表面积扩大结构一体地模制在外管上。这允许在外管生产过程中直接产生表面积扩大结构。这在热交换器的生产过程中产生成本优势。在有利的进一步发展中，表面积扩大结构由多个突起形成，所述突起从相应的外管管壁向内管突出。通过这种措施，能够在外管管壁的相对较小区域内实现特别大的表面积增大。同时，这种突起能够在技术上以相对简单的方式制造，这简化了结构的制造，因此产生成本优势。最后，所述突起机械连接，因此也仅在明确限定的位置与外管管壁热连接，因此，热气体或冲击射流热传递至外管管壁、因此热传递至热电模块能够是均质的。实际上，突起形成为腹板，腹板沿着延伸方向彼此隔开地延伸，形成中间空间。借助于这种腹板，能够在很小的安装空间中实现特别高的表面积扩大。特别优选地，突起或腹板在外管管壁的俯视图中沿延伸方向至少在一些段中线性延伸。或者，突起或腹板的非线性的，特别是弯曲的延伸也是可行的。也能够设想线性和非线性设计的突起或腹板的分段的组合。特别能够想象的是突起或腹板的波浪状或多边形几何形状。在每个提到的情况下，腹板不仅能够用于扩大相互作用区域，而且还能够用作流动引导元件，这有利地影响热气体或冲击射流的流动方向，特别是在外管管壁的反射之前和/或之后。特别优选地，突起或腹板在俯视图中能够具有波浪状的几何形状。以这种方式，当流过相邻突起或腹板之间的中间空间时，冲击射流或热气体中的不期望的压力损失可保持较低。根据另一个优选实施例，多个腹板形成腹板组。这种腹板组的腹板径向延伸远离外管管壁上限定的虚拟中心点。借助于这种形式，能够确保在外管管壁上的热气体或冲击射流的均匀反射。优选地，多个腹板组优选地以网格状的方式布置在外管管壁上，具有至少两个网格柱和/或至少两个网格线。实际上，突起或腹板能够彼此平行地布置。在有利的进一步发展中，突起或腹板沿着延伸方向包括多个中断部。这些中断部以这样的方式实现，通过这些中断部，两个相邻的中间空间分别流体地相互连接。在有利的进一步发展中，相邻突起或腹板的中断部能够沿延伸方向相对于彼此交错布置。在这种情况下交错布置优选以这样的方式布置，即由于中断部以交错方式布置，形成将多个相邻中间空间流体相互连接的连通通道。通过这种流体连接，能够实现冲击射流或热气均匀地分布在也布置有热管模块的外管管壁的区域上。热交换的这种均质导致热交换器的进一步的效率增加。在特别有利的进一步发展中，连通通道沿着其延伸的通道方向与突起或腹板的延伸方向形成锐角。在有利的进一步发展中，至少一个孔口存在于至少一个腹板中，与相邻的中间空间相互连接。在进一步的发展中，多个这样的孔口也能够布置成在腹板中彼此间隔开。通过这种措施，也能够实现热气体均匀地分布在布置有热管模块的外管管壁的区域上。热交换的这种均化导致热交换器的进一步的效率增加。根据另一个优选实施例，表面积扩大结构包括多个优选蜂窝式(dimpled)的突起和/或优选蜂窝式的凹槽。本实施例中的突起或凹槽在外管管壁的内侧呈网格状布置。蜂窝式形式的这种网格状布置的突起或凹槽允许在相对较小的安装空间上提供多个表面积扩大元件。在有利的进一步发展中，网格状布置因此包括至少两个网格柱，优选地多个网格柱，其中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于机动车辆的热交换器(1)，尤其废气热交换器，具有：外管(2)，其沿纵向方向(L)延伸，用于流过热气体(H)，限定外管内部空间(3)，所述外管(2)在垂直于所述纵向方向(L)的横截面中包括至少两个外管管壁(31a，31b)，内管(4)，其布置在外管内部空间(3)中，沿着所述纵向方向(L)延伸，所述内管(4)在纵向端部(26a)处设计成封闭的，并且限定内管内部空间(5)，所述内管(4)在垂直于所述纵向方向(L)的横截面中包括至少两个内管管壁(33a，33b)，其中，在至少一个所述内管管壁(33a，33b)中存在孔口(7)，所述内管内部空间(5)与所述外管内部空间(3)通过所述孔口(7)流体连通，多个热电模块(10)，它们布置在所述外管管壁(31a，31b)的外侧(8)上，每个热电模块具有面向所述外管(2)的热侧(11)以及背向所述外管(2)的冷侧(12)，至少一个冷却剂管(13)，用于被冷却剂(K)流过，布置在至少一个所述热电模块(10)的冷侧(12)上，其特征在于：在至少一个所述外管管壁(31a，31b)的内侧(62)上设置有至少一个表面积扩大结构(50)。

【技术特征摘要】
2016.11.29 DE 202016008278.8;2017.06.20 DE 10201721.一种用于机动车辆的热交换器(1)，尤其废气热交换器，具有：外管(2)，其沿纵向方向(L)延伸，用于流过热气体(H)，限定外管内部空间(3)，所述外管(2)在垂直于所述纵向方向(L)的横截面中包括至少两个外管管壁(31a，31b)，内管(4)，其布置在外管内部空间(3)中，沿着所述纵向方向(L)延伸，所述内管(4)在纵向端部(26a)处设计成封闭的，并且限定内管内部空间(5)，所述内管(4)在垂直于所述纵向方向(L)的横截面中包括至少两个内管管壁(33a，33b)，其中，在至少一个所述内管管壁(33a，33b)中存在孔口(7)，所述内管内部空间(5)与所述外管内部空间(3)通过所述孔口(7)流体连通，多个热电模块(10)，它们布置在所述外管管壁(31a，31b)的外侧(8)上，每个热电模块具有面向所述外管(2)的热侧(11)以及背向所述外管(2)的冷侧(12)，至少一个冷却剂管(13)，用于被冷却剂(K)流过，布置在至少一个所述热电模块(10)的冷侧(12)上，其特征在于：在至少一个所述外管管壁(31a，31b)的内侧(62)上设置有至少一个表面积扩大结构(50)。2.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述表面积扩大结构(50)相对于所述纵向方向(L)布置在至少一个所述热电模块(10)的区域中。3.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，至少一个所述表面积扩大结构(10)与至少一个所述孔口(7)对置，使得离开所述孔口(7)的热气体(H)至少部分地撞击所述表面积扩大结构(50)。4.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述表面积扩大结构(50)从至少一个所述外管管壁(31a，13b)朝向所述内管(4)突出，优选地一体成型在所述外管(2)上。5.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述表面积扩大结构(50)由多个突起(51)形成，所述突起(51)从至少一个所述外管管壁(31a，31b)朝向所述内管(4)突出。6.根据权利要求5所述的热交换器，其特征在于，所述突起(51)形成为腹板(52)，所述腹板(52)沿着延伸方向(E)彼此间隔延伸，形成中间空间(53)。7.根据权利要求5或6所述的热交换器，其特征在于，在所述外管管壁(31a，31b)的顶视图中，所述突起(51)或所述腹板(52)沿所述延伸方向(E)至少在一些段中线性地和/或非线性地延伸。8.根据权利要求5至7中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述突起(51)或所述腹板(52)在俯视图中具有波浪状的几何形状。9.根据权利要求5至8中任一项所述的热交换器，其特征在于，多个腹板(52)，它们形成腹板组(59)，所述腹板组(59)的所述腹板(52)径向延伸远离限定在所述外管管壁(31a，31b)上的虚拟中心点(M)。10.根据权利要求9所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：马蒂亚斯·甘茨，福赫米·本·艾哈迈德，霍尔格·施罗特，克劳斯·卢斯，
申请(专利权)人：马勒国际有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE