KR20130133056A - 자동차의 열전기 발생기용 열교환기를 구비한 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열교환기(1)를 구비한 장치에 관한 것으로서, 상기 열교환기는 유체(8)용, 제 1 단부면(5)에서 그 축선 방향(3)을 따라 배치된 유입구(4)와 제 2 단부면(7)에서 유출구(6)를 구비한 하우징(2), 및 상기 하우징에 동심으로 배치된 적어도 하나의 외측 재킷 튜브(9) 및 내측 재킷 튜브(10)를 구비하고, 상기 하우징(2)은 유입구(4)와 연결된 제 1 환형 채널(11)과 유출구(6)의 상류에 배치된 제 2 환형 채널(12)을 더 포함하고, 상기 제 1 채널(11) 및 상기 제 2 채널(12)은 내측 재킷 튜브(10)와 외측 재킷 튜브(9) 사이의 중간 공간(14)에서 축선 방향(3)으로 뻗어있는 유체(8)용 복수의 유동 경로에 의해 연결되고, 적어도 하나 열교환기 튜브(15)는 복수의 유동 경로(13)의 각각에 배치된다.

Description

자동차의 열전기 발생기용 열교환기를 구비한 장치{Device Having a Heat Exchanger for a Thermoelectric Generator of a Motor Vehicle}
본 발명은 열전기 발생기용 열교환기를 구비한 장치에 관한 것이며, 특히 자동차에 배치된다.
자동차 내연 기관으로부터의 배기 가스는 열 에너지를 갖고 있고, 상기 열 에너지는 예를 들면, 배터리 또는 여러 다른 에너지 저장부를 충전하고 및/또는 전기 소비자에게 필요한 에너지를 직접적으로 공급하기 위하여, 상기 열 에너지가 열전기 발생기에 의해 전기 에너지로 변환된다. 이와 같이, 더욱 많은 양의 에너지가 자동차의 작동에 사용가능하게 된다. 열전기 발생기의 사용을 통해, 내연 기관의 에너지 효율이 더욱 향상된다.
상기 타입의 열전기 발생기는 적어도 복수의, 필요하다면 모듈식, 열전기 컨버터 부재를 구비한다. 열전기 재료는 효율적인 방식으로 열 에너지를 전기 에너지로 변환(제벡크 효과(Seebeck effect)시킬 수 있는 재료이고 반대로 전기 에너지를 열 에너지로 변환(펠티에르 효과(Peltier effect)시킬 수 있는 재료이다. 제벡크 효과는 열 에너지가 전기 에너지로 변환하는 현상에 기초하고 그리고 열전기 에너지를 발생시키는데 사용된다. 펠티에르 효과는 제벡크 효과와 반대이며 열 흡수와 관련된 현상이고 상이한 재료를 통한 전류의 흐름과 관련하여 발생된다. 펠티에르 효과는 예를 들면 열전기 냉각을 위해 이미 제안되어져 오고 있다.
이러한 열전기 컨버터 부재는 바람직하게는 소위 고온 측과 소위 저온 측 사이에 위치되는 복수의 열전기 부재를 구비한다. 열전기 부재는 예를 들면, 적어도 2개의 반도체 블럭(p-타입 및 n-타입)을 포함하고, 상기 블럭은 (고온 측 및 저온 측과 각각 마주한) 상기 블럭의 상부 측과 하부 측에서 전기 전도성 브릿지와 교호로 연결된다. 세라믹 플레이트 또는 세라믹 코팅 그렇지 않으면 플라스틱 및/또는 이와 유사한 재료가 금속 브릿지를 단열하는데 사용되고 이에 따라 바람직하게는 금속 브릿지 사이에 배치된다. 온도 구배가 반도체 블럭의 양측에 제공된다면, 전압 포텐셜이 형성된다. 이러한 경우에 열이 하나의 접촉점(고온 측)에서 흡수되고, 전자가 어느 한 측에서 뒤 따르는 블럭의 보다 고-에너지 전도 밴드까지 통과한다. 다른 한 측에서 전자가 보다 낮은 에너지 레벨(저온 측)로 복귀하도록 에너지를 현재 배출할 수 있다. 전류 흐름이 이에 따라 주어진 대응하는 온도 구배를 발생시킨다.
폭넓게 다양한 도전이 열전기 발생기의 설계 및 자동차에서의 사용시 반드시 극복되어야 한다. 다른 무엇보다도, 우수한 열 전달이 열전기 컨버터 부재 내에 반드시 제공되어, 나타난 온도 차이가 전기 에너지로의 변환을 위해 효율적으로 변환될 수 있다. 더욱이, 폭넓게 다양한 부하 조건 하에서 작동하는 내연 기관의 배기 시스템에서, 열전기 부재에 적당한 온도 레벨이 반드시 제공되어야 한다. 이러한 장치 또는 배기 시스템 내의 열전기 부재의 배치(및 장치)가 또한 이들 특징과 관련하여 반드시 고려되어야 한다.
이에 따라 본 발명의 목적은 종래 기술과 관련하여 강조된 문제점을 적어도 부분적으로 해결하는 것이다. 특히, 배기 가스의 열 에너지로부터 전기 에너지로의 변환에 있어서 고 효율을 나타내는 장치를 특정할 필요가 있다. 더욱이, 장치는 가능한 한 공간-절감형 구성을 가질 수 있고 자동차 언더플로어(underfloor)의 구역의 배치에 특히 적당하다. 더욱이, 자동차로의 장치의 소급 적용이 설치에 필요한 성가신 측정 없이도 가능하다.
상기 목적은 청구항 1의 특징에 따른 장치에 의해 달성된다. 본 발명에 따른 장치의 유리한 실시예가 종속 청구항에서 특정된다. 청구범위에서 개별적으로 특정된 특징이 임의의 요구되는 과학기술적으로 예측가능한 방식으로 서로 합쳐질 수 있고 본 발명의 다른 실시예를 형성할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 특히 도면과 관련된 설명은 본 발명의 이해를 더욱 돕기 위한 것이고 본 발명의 예시적인 실시예를 보충하기 위해 특정된다.
본 발명의 장치는 특히 자동차의 내연 기관의 배기 시스템에 배치되는 열 교환기를 구비하고, 상기 열교환기는 유체에 대해, 제 1 단부 측에서 축선 방향에 따라 배치된 유입구과, 제 2 (반대쪽) 단부 측에서 유출구를 구비한 적어도 하나의 하우징을 구비한다. 더욱이, 열교환기는 적어도 하나 외측 셸(shell) 튜브와 상기 외측 셸 튜브에 대해 동심으로 배치된 내측 셸 튜브를 구비하고 그리고 유입구에 (직접적으로) 인접한 환형 제 1 덕트와 유출구 상류에 (직접적으로) 배치된 환형 제 2 덕트를 구비한다. 제 1 덕트 및 제 2 덕트는 내측 셸 튜브와 외측 셸 튜브 사이의 (환형) 중간 공간에 축선 방향으로 뻗어있는 유체용 복수의 유동 경로에 의해 연결된다. 각각의 경우에 적어도 하나의 열교환기가 복수의 유동 경로에 배치된다. 따라서, 유체가 유입구를 통해 환형 제 1 덕트로 유동하고 복수의 유동 경로를 통해 환형 제 2 덕트로 순차적으로 안내된다. 유체가 순차적으로 유출구를 통해 하우징을 빠져나온다.
하우징, 또는 내측 및/또는 외측 셸 튜브가 바람직하게는 라운드형, 특히 원형 그렇지 않으면 타원형/계란형 형상이지만, 그러나 이러한 형상으로 결코 한정되지 않는다. 유동 경로를 둘러싸는 중간 공간은 외측 셸 튜브 및 내측 셸 튜브에 의해 형성된다. 내측 셸 튜브는 공동을 둘러싼다. 유입구 및 유출구는 특히 실린더 형상이고 내연 기관의 배기 라인과 연결된다. 배기 라인으로부터, 유체(예를 들면, 내연 기관의 배기 가스)가 환형 제 1 덕트로 유동하고 그리고 상기 제 1 덕트를 통해 외측 셸 튜브와 내측 셸 튜브 사이의 (환형) 중간 공간으로 이동된다. 특히, 환형 제 1 덕트는 유입구를 적어도 부분적으로 둘러싼다. 그러나 제 1 덕트는 또한 원통형 형상을 취할 수 있고 유입구와 직접적으로 인접할 수 있어, 유체가 제 1 덕트를 통해 환형 중간 공간으로 유동한다.
장치의 바람직한 실시예에 있어서, 적어도 하나의 유동 경로가 열교환기 튜브를 구비하지 않는다. 상기 유동 경로는 따라서 바이패스로 사용될 수 있고, 상기 바이패스는 예를 들면, 제 1 환형 덕트에 배치된 및/또는 유입구에 배치된 제어 부재에 의해 유체로 충전될 수 있다. 바람직하게는 모든 유체 스트림이 상기 바이패스를 통해 열교환기 튜브를 지나 안내될 수 있다. 특히 열교환기 튜브가 적당하게 냉각될 수 없도록 배기-가스 온도가 매우 고온일 때, 또는 부가적인 적재부(burden)가 쿨란트 공급부에 배치될 수 없을 때, 이는 특히 필요하다. 더욱이, 이에 따라서 하류에 배치된 배기-가스 처리 구성요소에서의 열의 도입이 또한 단지 하나의 제어가능한 열 손실이 열교환기 튜브 상에서의 유동의 결과로 발생한다는 점에서, 제어될 수 있다. 열 에너지는 따라서 유체에 계속 저장된 상태를 유지하고 그리고 열교환기의 하류에서 배기 라인에 부가적으로 제공된 배기-가스 처리 구성요소로 먼저 소산된다. 바이패스를 통한 유동의 제어 및/또는 조정이 내연 기관의 작동 점을 고려하여 및/또는 유체의 특징적인 값(온도, 압력, 유체 조성(composition))을 고려하여 바람직하게 실행된다.
본 발명의 장치의 한 유리한 실시예에 있어서, 열전기 부재가 열교환기 튜브에 제공된다. 본 발명에서, 열전기 부재가 특히 열교환기 튜브의 축선 방향으로 환형 형태로 하나가 다른 하나 위에 스택된다. 고온의 유체(배기 가스)가 외측에서 열교환기 튜브 상을 유동하고, 그리고 냉각 유체(물)가 내측 덕트에서 열교환기 튜브를 통해 유동한다. 따라서 열교환기 튜브의 내측 덕트와 외측 표면 사이에 발생된 온도 구배의 결과로서, 전기적으로 연결된 열전기 부재는 적당한 전기 터미널을 통해 열교환기의 하우징 상에서 제거될 수 있는 전류가 발생한다. 열교환기를 구비한 본 발명의 장치가 따라서 특히 자동차의 전기 저장부 또는 전기 소비자와 특히 연결된 열전기 발생기로 작동되어, 이와 같이, 상기 열전기 발생기에 의해 발생된 전류가 상기 자동차에 이용가능하게 만들어질 수 있다.
열전기 부재용 열전기 재료로서, 특히
n-타입 열전기 재료: 규소화합물 (예를 들면 MgSi-MgSn)
p-타입 열전기 재료: 진틀-상(Zintl-phases) (예를 들면 Zn4Sb4)이 고려된다.
상기 재료는 특히 유리하고 그리고 고온의 유체(배기 가스)의 열 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다고 증명되었다. 규소화합물은 반도체로 사용될 수 있는 특히 실리콘의 이원(binary) 금속 화합물이다. 진틀-상은 특히 고 양성의(electropositive) 알칼리 금속 또는 토(earth) 알칼리 금속 사이의 금속간 화합물이고 그리고 주기율표의 13th 내지 16th 그룹으로부터의 적당한 음성의 원소(electronegative element)이다. 수개의 진틀-상이 반자성 반도체이고 상기 반자성 반도체의 전도성은 금속 컨덕터와 달리, 온도 증가로 상승한다.
본 발명의 장치의 다른 한 유리한 실시예에 있어서, 내측 셸 튜브 및/또는 외측 셸 튜브는 구조부를 구비하고, 상기 구조부는 축선 방향으로 뻗어있고 그리고 원주방향으로, 교호로 중간 공간에서 단면 협폭부(cross-sectional narrowing) 및 단면 확폭부(cross-sectional widening)를 형성한다. 단면 확폭부는 각각의 경우에 하나의 유동 경로를 형성한다. 구조부는 특히 파동 형상의, 바람직하게는 사인곡선형상의 구조부다. 특히, 단면 협폭부는 개별 유동 경로를 분리시키지 않으므로, 유체의 (제한된) 교환이 원주 방향으로 인접한 유동 경로 사이에서 가능하다. 그러나 단면 협폭부에 의한 유동 경로의 적어도 부분적인 분리는 이와 같이 본 발명에 순응한다.
특히, 내측 셸 튜브 및 외측 셸 튜브에는 구조부가 제공되고, 상기 구조부는 두 개의 셸 튜브가 각각의 경우에 원주 방향을 따라서 서로 멀어지거나 더욱 근접하여 이동하도록 서로를 향하여, 단면 협폭부 및 단면 확폭부가 형성된다. 특히, 단면 협폭부의 최소 폭에 대한 단면 확폭부의 최대 폭의 비(최대 폭/최소 폭)의 값은 적어도 2 이고, 바람직하게는 적어도 3 이며, 특히 바람직하게는 적어도 5 이다.
특히, 외측 셸 튜브 및/또는 내측 셸 튜브는 열교환기 튜브의 외측 표면에 대해 2 mm 내지 7 mm [밀리미터]의 (최소) 간격을 갖도록 배치된다. 상기 간격은 열교환기 튜브의 이용가능한 외측 표면상에서의 유체 스트림의 유리한 분배를 초래한다. 외측 셸 튜브 및/또는 내측 셸 튜브의 구조부는 특히 배기 가스가 근접 부근에서 열교환기 튜브를 지나 안내된다는 효과를 갖는다. 특히, 열교환기 튜브의 최대 직경은 25 mm 내지 35 mm [밀리미터]이고, 특히 많아야 30 mm에 이른다. 특히, 열교환기 튜브는 4 mm 내지 14 mm [밀리미터]의 원주 방향에서 외측 표면 사이의 거리로 서로로부터 떨어져 이격된다.
특히, 유체/배기 가스의 전환을 이룰 수 있게 하는 가이드 부재는 적어도 하나의 열교환기 튜브에 및/또는 적어도 하나의 유동 경로에 배치된다. 가이드 부재는 내측 셸 튜브에 및/또는 외측 셸 튜브에 특히 적어도 부분적으로 고정된다. 상기 가이드 부재는 특히 열교환기 튜브 주위에서 유체를 전환하도록 사용되고 및/또는 인접한 열교환기 튜브 사이에서 유체를 혼합하도록 사용되고 및/또는 유체를 인접한 열교환기 튜브로 적어도 부분적으로 전환하도록 사용된다.
다른 실시예에 있어서, 적어도 하나 열교환기 튜브 및/또는 적어도 하나 가이드 부재 및/또는 내측 셸 튜브 및/또는 외측 셸 튜브에는 유체 유동에 난류를 발생시키기 위한 구조체가 설치된다. 상기 구조체는 증가된 거칠기(roughness)에 의해 및/또는 미세구조체에 의해 형성될 수 있다. 상기 구조체는 열교환기 튜브 주위의 유체 스트림 내에서 난류를 발생시켜, 유체 스트림으로부터 열교환기 튜브까지의 열 전달이 향상된다. 이와 같이, 증가된 양의 열 에너지가 유체 스트림으로부터 추출되고 열교환기 튜브를 통해 소산된다. 이와 같이, 열교환기 또는 열전기 발생기의 더욱 효율적인 사용이 본 발명에서 가능하다. 특히, 모든 열교환기 튜브 및/또는 가이드 부재가 상기 타입의 구조체를 갖는다.
구조체는 열교환기 튜브 주위의 유체 스트림 내에서 난류를 발생시켜, 유체 스트림으로부터 열교환기 튜브까지의 열의 전달이 향상된다. 이와 같이, 증가된 양의 열 에너지가 유체 스트림으로부터 추출되고 그리고 열교환기 튜브를 통해 소산된다. 이와 같이, 열교환기 또는 열전기 발생기의 더욱 효율적인 사용이 본 발명에서 가능하다.
특히, 구조체는 열교환기 튜브에 및 가이드 부재에 그리고 내측 및 외측 셸 튜브에 배치되고 그리고 유동 상에서의 영향 및 위치결정과 관련하여 서로 조화하여 기능한다.
특히, 미세구조체는 볼록부(pimple) 및/또는 오목부(indentation)의 형태로 설계된다. 볼록부는 가이드 부재/열교환기 튜브/셸 튜브로부터 나아가 외측으로 뻗어있고, 그리고 오목부가 내측으로 뻗어있다.
특히, 구조체는 증가된 거칠기에 의해 형성된다. 여기서, 유체 스트림 쪽을 마주한 열교환기 튜브의 상기 표면의 거칠기는 열전기 부재 또는 냉각 유체 쪽을 향한 상기 열교환기 튜브의 상기 표면상에서의 거칠기와 관련하여 증가된다. 여기서, 열교환기 튜브 쪽을 마주한 내측 및/또는 외측 셸 튜브의 표면의 거칠기는 상기 열교환기 튜브로부터 멀리 마주한 내측 및/또는 외측 셸 튜브의 표면상에서의 거칠기와 관련하여 증가된다. 특히, 열교환기 튜브에서의 및/또는 내측 및/또는 외측 셸 튜브에서의 증가된 거칠기가 적어도 5의 배수만큼, 바람직하게는 적어도 10의 배수만큼 그리고 특히 바람직하게는 적어도 20의 배수만큼 증가된다. 거칠기는 평균 거칠기 Ra로 결정되거나 또는 평균 내어진 거칠기 깊이 Rz로 결정되어 진다. 특징적인 거칠기 값을 결정하기 위한 방법이 국제 표준으로부터, 예를 들면 DIN EN ISO 4287으로부터 당업자에게 알려졌다.
특히, 바이패스는 난류를 증가시키기 위한 구조체를 구비하지 않는다. 특히, 바이패스는 또한 가이드 부재를 구비하지 않는다.
다른 한 유리한 실시예에 있어서, 열교환기 튜브는 제 1 덕트를 넘어 및/또는 제 2 덕트를 넘어 축선방향으로 뻗어 있다. 열교환기 튜브는 적어도 하나의 (공통) 포트를 통해 쿨란트 공급부와 연결된다. 포트는 특히 공급 라인 및 복귀 라인을 포함하여, 냉각 유체가 열교환기 튜브와 쿨란트 장치 사이에서 순환할 수 있다. 특히, 열교환기 튜브가 하나의 포트로부터 개별 열교환기 튜브로의 냉각 유체의 분포를 허용하는 적어도 하나의 공통의 폐쇄 플레이트에 배치된다. 이 경우, 또한 각각의 경우에 하나의 폐쇄 플레이트가 제 1 단부 측과 제 2 단부 측 상에 배치될 수 있어, 냉각 유체가 하나의 축선 방향으로 모든 열교환기 튜브를 통해 유동한다.
열교환기에서, 특히 유체가 반경방향으로 통과해 유동할 수 있는 허니콤 몸체가 제 1 덕트 내에 배치될 수 있다. 상기 허니콤 몸체는 특히 촉매 코팅된다. 허니콤 몸체는 유입구 쪽으로 개방되도록 형성되어 집중적으로 배치된 유입 덕트를 구비한다. 유체는 결론적으로 유입구를 통해 유입 덕트로 유동하고 그리고 허니콤 몸체의 반경 방향으로 뻗어있는 유동 덕트를 통한 중간 공간 전방으로 안내된다.
본 발명은 특히 내연 기관과, 배기-가스 처리 장치와, 또한 배기 라인에 배치된 본 발명에 따른 장치를 구비한 자동차에 사용되며, 이 경우 유체가 상기 내연 기관의 배기 가스이다. 특히, 다수의 장치가 단일-스트랜드(single-strand)에 설치되거나 그렇지 않으면 다중-스트랜드(multi-strand) 배기 라인에 설치될 수 있음은 자명하다.
본 발명의 장치는 또한 소급적으로 배기 라인에 설치될 수 있고, 이 경우 단지 쿨란트 공급부에 연결부를 제공할 필요가 있다. 필요하다면, 제어 유닛과의 연결은 또한 제공된 바이패스의 대응하는 기동을 실현하는데 필요하다.
본 발명 및 기술 분야는 도면을 기초로 아래에서 더욱 상세하게 설명되어 있다. 도면은 특히 바람직한 실시예를 나타내고 있으며, 본 발명이 이들 나타난 사항만으로 한정되지 않음을 알 수 있을 것이다.
도 1은 열교환기를 구비한 장치의 길이방향 도면이고;
도 2는 변형예로서, 열교환기를 구비한 장치의 길이방향 도면이고;
도 3은 도 1의 장치의 단면도이며;
도 4는 자동차에서의 상기 타입의 장치의 예시적인 장치를 나타낸 도면이다.
도 1은 열교환기(1)를 구비한 장치가 길이방향 단면으로 도시되어 있다. 유체(8)(또는 배기 가스)가 유동에 의해 유입구(4)와 연결된, 유입 덕트(36)를 통해 그리고 제 1 단부 측(5)에서의 상기 유입구(4)를 통해, 유동이 반경방향으로 통과할 수 있는 허니콤 몸체(37)로, 유동한다. 허니콤 몸체(37)가 환형 제 1 덕트(11)에 배치된다. 유체(8)는 유동이 반경방향으로 통과할 수 있는 허니콤 몸체(37)를 통해 반경방향으로 유동하고, 그리고 상기 유체가 외측 셸 튜브(9)에 의해 그리고 내측 셸 튜브(10)에 의해 형성된 중간 공간(14)에 진입한다. 중간 공간(14)에서, 유체(8)가 축선 방향(3)으로 다시 전환되고 그리고 상기 중간 공간(14)을 통해 유출구(6)의 방향으로 유동한다. 상기 도 1에서, 중간 공간(14)은 축선 방향(3)에서 원통형으로 설계된다. 이에 따라, 원추형 설계가 또한 예를 들면, 축선 방향(3)을 따라 확폭부 공간(14)에 의해 또한 가능하다.
유체(8)가 열교환기 튜브(15) 주위에 형성된 복수의 유동 경로(13)를 따라 제 2 덕트(12)로 축선 방향(3)으로 유동한다. 제 2 덕트(12)에서, 유체(8)가 제 2 단부 측(7)에서 유출구(6)로 전방으로 안내되고 수집된다. 열교환기 튜브(15)가 전체 중간 공간(14)을 통해 축선 방향(3)으로 뻗어있다. 유체(8)가 열교환기 튜브(15)의 외측 표면(33) 상을 유동한다. 따라서 "고온 측(warm side)"이 형성된다. 열교환기 튜브(15)는 내측 덕트(32)를 구비하고 상기 덕트를 통해 상기 열교환기 튜브가 냉각 유체(31)에 의해 횡단된다. 특히 환형 형상의 열전기 부재(22)가 내측 덕트(32)("저온 측") 및 외측 표면(33)("고온 측") 사이에 배치된다. 열전기 부재(22)와 함께 장치는 열전기 발생기를 형성한다. 고온의 유체(8)(배기 가스)가 열교환기 튜브(15)의 외측 표면(33) 주위를 유동하여, 온도 포텐셜이 저온 측과 고온 측 사이에서 발생한다. 상기 온도 포텐셜은 열전기 부재(22)에 의해 전기 에너지로 변환된다.
열교환기 튜브(15)는 각각의 경우에 내측 셸 튜브(10)에 의해 그리고 외측 셸 튜브(9)에 의해 형성된 유동 경로(13)에 배치된다. 이 경우, 외측 셸 튜브(9)는 적어도 부분적으로 하우징(2)을 형성한다. 외측 셸 튜브(9) 및 내측 셸 튜브(10)는 각각의 경우에 열교환기 튜브(15)의 외측 표면(33)에 간격(34)으로 배치된다.
폐쇄 플레이트(26)는 제 1 단부 측(5)의 또는 유입구(4)의 구역에서 하우징(2) 상에 제공된다. 상기 폐쇄 플레이트(26)는 첫째로 축선 방향(3)으로 중간 공간(14)의 경계를 형성하도록 사용되고 둘째로 열교환기 튜브(15)를 수용하도록 사용되어, 상기 열교환기 튜브(15)를 통해 유동하는 냉각 유체(31)가 여기에 공급되고 배출된다. 쿨란트 공급부와의 연결을 위한 포트(20)가 폐쇄 플레이트(26)에 배치된다. 열교환기 튜브(15)는 중간 공간(14)을 통해 폐쇄 플레이트(26)로부터 제 2 단부 측(7)까지 뻗어있다. 여기에, 전환부가 제공되며 이는 냉각 유체(31)가 또 다른 열교환기 튜브(15)를 통해 폐쇄 플레이트(26)로 복귀하게 한다. 동시에, 전기 터미널(도시 생략)이 폐쇄 플레이트(26)에 제공될 수 있어, 열교환기 튜브(15) 내의 고온의 유체(8)와 저온의 냉각 유체(31)의 온도 차의 결과로 발생된 전류가, 상기 열교환기 튜브(15) 내의 열전기 부재(22)의 배치 때문에, 자동차로 아웃풋 될 수 있다.
도 2는 또 다른 설계 실시예의 열교환기(1)를 구비한 장치를 길이방향 단면으로 도시한 도면이다. 본 발명의 도면에서, 동일한 부재번호가 동일한 목적을 위해 사용된다. 유체 스트림을 바이패스로 전환할 수 있는 제어 부재(30)가 유입구(4)의 구역에 지시되어 있다. 바이패스가 유동 경로(13)에 의해 형성되고 상기 유동 경로에 열교환기 튜브(15)가 배치되어 있지 않다(단지 도시 생략됨).
도 3은 도 1에 도시된 단면 선 III에 따른 단면으로 도 1에 따른 열교환기(1)를 구비한 장치를 도시한 도면이다. 이 경우, 하우징(2)은 외측 셸 튜브(9)에 의해 형성되고, 그리고 중간 공간(14) 및 내측 셸 튜브(10)를 둘러싼다. 열교환기 튜브(15)는 중간 공간(14)에 배치된다. 중간 공간(14)은 환형이고 그리고 내측 셸 튜브(10)에 의해 내측 경계를 형성한다. 내측 셸 튜브(10)는 공동(27)을 둘러싼다. 중간 공간(14)에 복수의 유동 경로(13)가 형성되고 상기 유동 경로를 따라서 유체(8)가 중간 공간(14)을 통해 유동할 수 있다. 하나의 열교환기 튜브(15)에서, 구조체(39)는 유체 스트림에서 난류를 발생시키도록 사용되는 것으로 도시되어 있다. 유체(8)와 열교환기 튜브(15) 사이의 열 전달이 상기 구조체(39)에 의해 향상될 수 있다.
도 3의 하부에 있어서, 하나의 열교환기 튜브(15)가 단면도로 상세하게 도시되어 있고, 상기 도면에서, 상기 열교환기 튜브(15) 내의 환형 열전기 부재(22)가 도시되어 있다. 열교환기 튜브(15)는 원주 방향(17)으로 서로에 대해 거리(35)로 배치된다.
도 3의 좌측 상부에 있어서, 외측 셸 튜브(9) 및 내측 셸 튜브(10)의 구조부(16)가 (점선) 나타나 있다. 구조부(16)의 결과로서, 중간 공간(14)에서의 단면 협폭부(18) 및 단면 확폭부(19)가 원주 방향(17)으로 형성된다. 상기 도면에 도시된 단면 협폭부(18)를 통해, 유체(8)의 교환이 인접한 단면 확폭부(19)에서의 유동 경로(13) 사이의 원주 방향(17)에서 가능하다. 단면 협폭부(18)의 협폭의 지점에 최소 폭(42)이 형성된다. 단면 확폭부(19)의 최대 폭의 지점에 최대 폭(43)이 형성된다.
또한 가이드 부재(40)가 도 3에 도시되어 있고, 상기 가이드 부재는 유체(8)를 적어도 부분적으로 전환한다. 가이드 부재(40)에 의하여, 유체(8)가 개별 열교환기 튜브(15) 주위에서 가이드되어, 상기 유체(8)가 축선 방향(3)으로 유동할 뿐만 아니라 원주 방향(17) 및/또는 반경 방향(41)으로 적어도 부분적으로 또한 유동한다.
도 4는 자동차(23) 내에 열교환기(1)를 구비한 장치의 배치를 나타낸 도면이다. 자동차(23)는 배기 라인(25)과 다른 배기-가스 처리 구성요소(28)를 구비한 내연 기관(24)을 포함한다. 열교환기(1)는 이러한 경우에 열전기 발생기(29)의 형태이고, 여기서 상기 열전기 발생기(29)에 배치된 열교환기 튜브는 공급 라인 및 복귀 라인을 통해 쿨란트 공급부(21)와 연결된다. 또한 열교환기(1) 내에서 제어 부재의 기동을 위하여 그 중에서도 사용되는 조절 유닛(38)이 제공되어, 바이패스를 통해 유동하는 배기 가스의 양이 제어될 수 있다. 이와 같이, 배기 가스가 열교환기 튜브를 지나 그리고 열전기 부재를 지나 안내될 수 있어, 필요하다면, 부가적인 적재부가 열전기 발생기(29)에서의 배기 가스에 의해 내연 기관(24)의 쿨란트 공급부(21)에 배치되지 않는다.
본 발명의 여러 구성의 또는 설계의 실시예가 가능하다. 특히, 다중 폐쇄 플레이트(26)가 하우징(2) 내에 배치될 수 있어, 열교환기 튜브(15)가 한 단부 뿐만 아니라 다른 단부에서 유지된다. 따라서, 또한 각각의 경우에 별도의 폐쇄 플레이트(26)에 포트(20)가 배치될 수 있어, 유동이 열교환기 튜브(15)를 통해 단 하나의 축선 방향(3)으로 통과한다. 본 발명의 도시된 도면에 있어서, 냉각 유체(31)가 유입구(4) 부근의 폐쇄 플레이트(26)로부터 제 2 단부 측(7)까지 축선 방향(3)으로 열교환기 튜브(15)를 통해 유동하고 상기 폐쇄 플레이트(26)로 다시 유동한다. 특히, 폐쇄 플레이트(26)는 또한 장치의 제 2 단부 측(7)에 배치될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 범주 내에 유체(8)용 바이패스가 공동(27)에 의해 형성되는 것은 본 발명의 범주 내에 속한다. 상기 바이패스는 이후 유입구(4) 쪽으로 그리고 유출구(6) 쪽으로 개방되도록 형성되어, 유체(8)가 공동(27)을 통해 유동할 수 있다. 바이패스는 이후 공동(27) 내에 배치된 제어 부재(30)와 같은 플랩에 의해 특히 형성될 수 있다. 플랩의 개방 결과로서, 적어도 유체(8)의 주요 부분은, 본 발명에서 (유동 경로(13)를 통해 안내되는 유체와 관련하여) 최저 유동 저항이 나타나기 때문에, 공동(27)을 통해 안내된다. 이러한 경우에, 내측 셸 튜브(10)가 구조부(16) 없이 적어도 부분적으로 형성되어, 제어 부재(30)가 상기 내측 셸 튜브(10)에서 공동을 실링가능하게 폐쇄할 수 있다.
1 열교환기 2 하우징
3 축선 방향 4 유입구
5 제 1 단부 측 6 유출구
7 제 2 단부 측 8 유체
9 외측 셸 튜브 10 내측 셸 튜브
11 제 1 덕트 12 제 2 덕트
13 유동 경로 14 중간 공간
15 열교환기 튜브 16 구조부
17 원주 방향 18 단면 협폭부
19 단면 확폭부 20 포트
21 쿨란트 공급부 22 열전기 부재
23 자동차 24 내연 기관
25 배기 라인 26 폐쇄 플레이트
27 공동 28 배기-가스 처리 구성요소
29 열전기 발생기 30 제어 부재
31 냉각 유체 32 내측 덕트
33 외측 표면 34 간격
35 거리 36 유입 덕트
37 허니콤 몸체 38 조절 유닛
39 구조체 40 가이드 부재
41 반경 방향 42 최소 폭
43 최대 폭

Claims (6)

  1. 제 1 단부 측(5)에서 축선 방향(3)을 따라 배치된 유입구(4)와 제 2 단부 측(7)에 배치된 유출구(6)를 구비한, 유체(8)용 하우징(2), 및 상기 하우징에 동심으로 배치된 적어도 하나의 외측 셸 튜브(9) 및 내측 셸 튜브(10)를 적어도 구비한, 열교환기(1)가 설치된 장치로서, 상기 하우징(2)은 또한 상기 유입구(4)에 인접하는 환형 제 1 덕트(11)와 상기 유출구(6)의 상류에 배치된 환형 제 2 덕트(12)를 구비하고, 상기 제 1 덕트(11) 및 상기 제 2 덕트(12)는 상기 내측 셸 튜브(10)와 상기 외측 셸 튜브(9) 사이의 중간 공간(14)에서 축선 방향(3)으로 뻗어있는, 유체(8)용 복수의 유동 경로(13)에 의해 연결되고, 각각의 경우에 적어도 하나의 열교환기 튜브(15)가 복수의 유동 경로(13)에 배치되고, 상기 유체(8)가 상기 유입구(4)를 통해 상기 환형 제 1 덕트(11)로 유동하고, 상기 복수의 유동 경로(13)를 통해 상기 환형 제 2 덕트(12)로 순차적으로 안내되며, 상기 유출구(6)를 통해 상기 하우징(2)을 빠져나오는 열교환기(1)가 설치된 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 내측 셸 튜브(10) 및/또는 상기 외측 셸 튜브(9)는 축선 방향(3) 및 원주 방향(17)으로 뻗어있는 구조부(16)를 구비하고, 상기 중간 공간(14)에서 단면 협폭부(18) 및 단면 확폭부(19)를 교호로 형성하며, 상기 단면 확폭부(19)는 각각의 경우에 하나의 유동 경로(13)를 형성하는 열교환기(1)가 설치된 장치.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    싱기 열교환기 튜브(15)는 상기 제 1 덕트(11)를 넘어 및/또는 상기 제 2 덕트(12)를 넘어 상기 축선 방향(3)으로 뻗어있고, 그리고 상기 하우징(2) 외측에서, 적어도 하나의 포트(2)를 통해 쿨란트 공급부(21)와 연결되는 열교환기(1)가 설치된 장치.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    열전기 부재(22)는 상기 열교환기 튜브(15)에 배치되는 열교환기(1)가 설치된 장치.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체(8)를 분기시키는 가이드 부재(40)는 상기 유동 경로(13)에 제공되는 열교환기(1)가 설치된 장치.
  6. 내연 기관(24)과, 배기 라인(25)과, 상기 배기 라인(25)에 배치된 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 따른 장치를 구비하고, 상기 유체(8)는 내연 기관(24)의 배기 가스인 자동차(23).
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