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DE112018003950T5 - Wärmerückgewinnungsvorrichtung und wärmerückgewinnungssystem - Google Patents

Wärmerückgewinnungsvorrichtung und wärmerückgewinnungssystem Download PDF

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DE112018003950T5
DE112018003950T5 DE112018003950.1T DE112018003950T DE112018003950T5 DE 112018003950 T5 DE112018003950 T5 DE 112018003950T5 DE 112018003950 T DE112018003950 T DE 112018003950T DE 112018003950 T5 DE112018003950 T5 DE 112018003950T5
Authority
DE
Germany
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fluid
heat recovery
recovery device
peripheral side
outer peripheral
Prior art date
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Pending
Application number
DE112018003950.1T
Other languages
English (en)
Inventor
Tatsuo Kawaguchi
Daisuke Kimura
Makoto Yoshihara
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
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Abstract

Eine Wärmerückgewinnungsvorrichtung umfasst:eine säulenförmige Wabenstruktur, die ihrerseits eine äußere Umfangsseitenwand, die eine oder mehrere ebene äußere Umfangsseitenflächen aufweist, umfasst;ein oder mehrere thermoelektrische Umsetzungsmodule, die so angeordnet sind, dass sie der einen oder den mehreren ebenen äußeren Umfangsseitenflächen zugewandt sind;ein röhrenförmiges Element, das die äußeren Umfangsseitenflächen der Wabenstruktur und das eine oder die mehreren thermoelektrischen Umsetzungsmodule umlaufend bedeckt; undein Gehäuse, das das röhrenförmige Element umlaufend bedeckt;wobei die Trennwände hauptsächlich aus Keramik konfiguriert sind; undwobei das Gehäuse eine Einströmöffnung und eine Ausströmöffnung für ein zweites Fluid, das eine Temperatur aufweist, die tiefer als die des ersten Fluids ist, aufweist und ein Strömungsweg für das zweite Fluid zwischen einer Innenseite des Gehäuses und einer Außenseite des röhrenförmigen Elements um das röhrenförmige Element umlaufend ausgebildet ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wärmerückgewinnungsvorrichtung und ein Wärmerückgewinnungssystem. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Wärmerückgewinnungsvorrichtung und ein Wärmerückgewinnungssystem, die in einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine oder einer Verbrennungsvorrichtung angeordnet sind.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • In letzter Zeit hat es einen Bedarf an einer Verbesserung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit von Kraftfahrzeugen gegeben. Insbesondere hat es einen Bedarf an einem System gegeben, das den Reibungsverlust durch das unverzügliche Erwärmen von Kühlwasser, von Kraftmaschinenöl, von ATF (Automatikgetriebeöl) oder dergleichen verringern kann, um eine Verschlechterung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verhindern, wenn die Kraftmaschine kalt ist, etwa wenn die Kraftmaschine gestartet wird. Ferner hat es einen Bedarf an einem System gegeben, das einen Katalysator erwärmt, um den Abgasreinigungskatalysator unverzüglich zu aktivieren.
  • Ein Beispiel eines derartigen Systems ist ein Wärmetauscher. Der Wärmetauscher ist eine Vorrichtung, die eine Komponente (eine Wärmeaustauschkomponente) umfasst, die den Wärmeaustausch ausführt, indem sie ermöglicht, dass ein erstes Fluid innen strömt und ein zweites Fluid außen strömt. In einem derartigen Wärmetauscher kann die Wärme durch den Wärmeaustausch von einem Fluid mit einer höheren Temperatur (z. B. dem Abgas) zu einem Fluid mit einer tieferen Temperatur (z. B. dem Kühlwasser) effektiv verwendet werden.
  • Das Patentdokument 1 offenbart z. B. ein Wärmeaustauschelement, das auf dem Gebiet der Kraftfahrzeuge darauf abzielt, einen Kraftstoffwirkungsgrad eines Kraftfahrzeugs durch die Rückgewinnung der Abwärme von einem Abgas zu verbessern. Das Patentdokument 1 offenbart einen Wärmetauscher, der enthält: einen ersten Fluidströmungsabschnitt, der durch eine Wabenstruktur mit mehreren Zellen ausgebildet ist, wobei die Zellen durch keramische Trennwände definiert sind und in einer axialen Richtung von einer Stirnfläche zu der anderen Stirnfläche durchdringen, wobei ein erwärmtes Fluid als ein erstes Fluid durch die Zellen strömt; und einen zweiten Fluidströmungsabschnitt, der durch ein Gehäuse, das die Wabenstruktur darin enthält, ausgebildet ist, wobei ein Einlass und ein Auslass für ein zweites Fluid in dem Gehäuse ausgebildet sind und wobei der zweite Fluidströmungsabschnitt dem Empfangen der Wärme von dem ersten Fluid dient, indem einem zweiten Fluid ermöglicht wird, auf einer äußeren Umfangsfläche der Wabenstruktur zu strömen.
  • Es ist außerdem eine Technik bekannt, um einen Kraftstoffwirkungsgrad durch das Umsetzen der in einem Abgas von einem Kraftfahrzeug enthaltenen Wärmeenergie in elektrische Energie und deren Rückgewinnung und deren effiziente Verwendung als elektrische Leistung zum Laden einer Batterie oder zum Antreiben einer elektrischen Komponente zu verbessern.
  • Das Patentdokument 2 offenbart z. B. eine Abwärme-Rückgewinnungsvorrichtung zum Rückgewinnen der Wärme eines Gases, die ein thermoelektrisches Umsetzungselement enthält, das durch thermoelektrische Umsetzung unter Verwendung der Wärme des von einer Wärmequelle freigesetzten Gases Leistung erzeugt. Die Abwärme-Rückgewinnungsvorrichtung enthält: ein Befestigungselement mit einem Fluidrohr, durch das das von der Wärmequelle freigesetzte Gas strömt und das einen Gasströmungsweg mit einem Umfangsquerschnitt bildet, wobei das Befestigungselement das thermoelektrische Umsetzungselement an dem Fluidrohr befestigt; und ein Presselement zum Pressen des thermoelektrischen Umsetzungselements in einer Richtung des Fluidrohrs, wobei das Presselement so konfiguriert ist, dass eine Presskraft, die das thermoelektrische Umsetzungselement gegen das Fluidrohr presst, abnimmt, wenn eine Temperatur des durch den Gasströmungsweg strömenden Gases zunimmt. Das Nicht-Patentdokument 1 offenbart außerdem den gleichen Typ einer Abwärme-Rückgewinnungsvorrichtung.
  • LISTE DER ENTGEGENHALTUNGEN
  • <Patentliteraturen>
    • Patentdokument 1: WO 2011/071161 A1
    • Patentdokument 2: Japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2005-210782 A
  • < Nicht-Patentliteratur>
  • Nicht-Patentdokument 1: K. M. SAQR, M. K. MANSOUR und M. N. MUSA, „THERMAL DESIGN OF AUTOMOBILE EXHAUST BASED THERMOELECTRIC GENERATORS: OBJECTIVES AND CHALLENGES", International Journal of Automotive Technology, Bd. 9, Nr. 2, S. 155-160 (2008).
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Der im Patentdokument 1 offenbarte Wärmetauscher weist nur eine Wärmeaustauschfunktion auf, so dass es immer noch Raum für eine Verbesserung hinsichtlich des Wirkungsgrades der Verwendung der Abwärme gibt. Obwohl sowohl das Patentdokument 2 als auch das Nicht-Patentdokument 1 die Abwärme-Rückgewinnungsvorrichtung offenbaren, die die Abwärme vom Abgas eines Kraftfahrzeugs unter Verwendung des thermoelektrischen Umsetzungselements in elektrische Energie umsetzt, ist ferner ihre Struktur kompliziert, wie z. B. der Strömungsweg für das Kühlwasser, der für jedes Umsetzungselement vorgesehen ist, was eine Zunahme der Fertigungskosten verursacht.
  • Das Patentdokument 2 offenbart außerdem, dass das thermoelektrische Umsetzungselement so konfiguriert ist, dass die Presskraft des thermoelektrischen Umsetzungselements gegen das Fluidrohr verringert wird, um zu verhindern, dass das thermoelektrische Umsetzungselement beschädigt wird, wenn die Abgastemperatur zu hoch ist. Bei der Presskraft unter Verwendung der Wärmeausdehnung kann jedoch im Oberflächendruck keine signifikante Änderung erwartet werden, wobei es zweifelhaft ist, ob die Schadenverhinderungswirkung erhalten werden kann. Das Patentdokument 2 offenbart außerdem, dass Luft von einem Kompressor in ein Ausdehnungs-/Kontraktionselement eingeleitet wird, um die durch das Presselement auf das thermoelektrische Umsetzungselement ausgeübte Presskraft zu steuern. Die Struktur der Vorrichtung wird jedoch kompliziert, wobei die Herstellungskosten und die Betriebskosten außerdem erhöht sind.
  • Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die obigen Probleme geschaffen worden. Es ist eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung, eine einfache Wärmerückgewinnungsvorrichtung zu schaffen, die eine hervorragende Fähigkeit aufweist, die Abwärme effektiv zu verwenden.
  • Um die obigen Probleme zu lösen, haben die Erfinder die folgenden Wärmerückgewinnungsvorrichtungen und Wärmerückgewinnungssysteme erfunden:
  • In einem Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Wärmerückgewinnungsvorrichtung, die umfasst:
    • eine säulenförmige Wabenstruktur, die umfasst:
      • eine äußere Umfangsseitenwand, die eine oder mehrere ebene äußere Umfangsseitenflächen aufweist; und
      • mehrere Trennwände, die auf einer Innenseite der äußeren Umfangsseitenwand angeordnet sind, wobei die Trennwände mehrere Zellen definieren, wobei die Zellen von einer ersten Stirnfläche zu einer zweiten Stirnfläche durchdringen, um einen Strömungsweg für ein erstes Fluid zu bilden;
    • ein oder mehrere thermoelektrische Umsetzungsmodule, die angeordnet sind, so dass sie der einen oder den mehreren ebenen äußeren Umfangsseitenflächen zugewandt sind;
    • ein röhrenförmiges Element, das die äußeren Umfangsseitenflächen der Wabenstruktur und das eine oder die mehreren thermoelektrischen Umsetzungsmodule umlaufend bedeckt; und
    • ein Gehäuse, das das röhrenförmige Element umlaufend bedeckt;
    • wobei die Trennwände hauptsächlich aus Keramik konfiguriert sind; und
    • wobei das Gehäuse eine Einströmöffnung und eine Ausströmöffnung für ein zweites Fluid, das eine Temperatur aufweist, die tiefer als die des ersten Fluids ist, aufweist und ein Strömungsweg für das zweite Fluid zwischen einer Innenseite des Gehäuses und einer Außenseite des röhrenförmigen Elements um das röhrenförmige Element umlaufend ausgebildet ist.
  • In einer Ausführungsform umfasst die Wärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ein Wärmeübertragungselement, das zwischen dem einen oder den mehreren thermoelektrischen Umsetzungsmodulen und dem röhrenförmigen Element angeordnet ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Wärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine innere Umfangsseitenfläche des röhrenförmigen Elements an eine äußere Umfangsseitenfläche des Wärmeübertragungselements angepasst.
  • In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Wärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bildet eine gesamte äußere Umfangsseitenfläche des Wärmeübertragungselements eine zylindrische Oberfläche als Ganzes.
  • In einer nochmals weiteren Ausführungsform umfasst die Wärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Substanz, die zwischen dem einen oder den mehreren thermoelektrischen Umsetzungsmodulen und dem Wärmeübertragungselement eingefügt ist, wobei die Substanz den thermischen Kontaktwiderstand zwischen beiden verringert.
  • In einer nochmals weiteren Ausführungsform umfasst die Wärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Substanz, die zwischen dem einen oder den mehreren thermoelektrischen Umsetzungsmodulen und der äußeren Umfangsseitenfläche der äußeren Umfangsseitenwand eingefügt ist, wobei die Substanz den thermischen Kontaktwiderstand zwischen beiden verringert.
  • In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Wärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Wabenstruktur einen hohlen Abschnitt, der von einem Mittelabschnitt der ersten Stirnfläche zu einem Mittelabschnitt der zweiten Stirnfläche durchdringt, um einen Strömungsweg für das erste Fluid zu bilden, wobei die Wabenstruktur die Zellen auf einer äußeren Umfangsseite des hohlen Abschnitts aufweist.
  • In einer nochmals weiteren Ausführungsform umfasst die Wärmerückgewinnungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung einen Verzweigungsweg zum Verzweigen eines Wegs für das erste Fluid, das durch die Wabenstruktur geht, in einen Weg, der durch den hohlen Abschnitt geht, und einen Weg, der durch die Zellen geht.
  • In einer nochmals weiteren Ausführungsform umfasst die Wärmerückgewinnungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung einen Mechanismus, der ein Durchflussmengenverhältnis des ersten Fluids, das durch den hohlen Abschnitt geht, und des ersten Fluids, das durch die Zellen geht, einstellen kann.
  • In einer nochmals weiteren Ausführungsform umfasst die Wärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung:
    • ein Führungsrohr, das sich von einer stromaufwärts gelegenen Seite eines Einlasses des hohlen Abschnitts zu einer Nähe eines Auslasses des hohlen Abschnitts erstreckt;
    • eine Ablenkplatte, die in der Nähe des Auslasses des hohlen Abschnitts angeordnet ist;
    • eine erste Einleitungsöffnung zum Führen des ersten Fluids zu einer äußeren Umfangsseite des Führungsrohrs, wobei die erste Einleitungsöffnung in der Nähe des Auslasses des hohlen Abschnitts auf einer stromaufwärts gelegenen Seite der Ablenkplatte vorgesehen ist;
    • einen Rückströmungsweg, der zwischen einer inneren Umfangswand der Wabenstruktur und einer Außenfläche des Führungsrohrs ausgebildet ist, wobei der Rückströmungsweg mit der ersten Einleitungsöffnung in Verbindung steht; und
    • eine zweite Einleitungsöffnung zum Verbinden des Rückströmungsweges mit den Einlässen der Zellen auf der Seite der ersten Stirnfläche.
  • In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Wärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist das erste Fluid ein Abgas von einer Brennkraftmaschine oder einer Verbrennungsvorrichtung.
  • In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Wärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist das erste Fluid ein Abgas von einer Kraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
  • In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Wärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist das zweite Fluid das Kühlwasser, das zwischen der Kraftmaschine und der Wärmerückgewinnungsvorrichtung zirkuliert.
  • In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Wärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird auf das röhrenförmige Element durch eine oder mehrere Schrauben, die von einer äußeren Umfangsseite des Gehäuses eingesetzt sind, oder durch eine oder mehrere Federn, die zwischen dem Gehäuse und dem röhrenförmigen Element eingefügt sind, gedrückt.
  • In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Wärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist das röhrenförmige Element durch das Wickeln eines Streifenelements um die äußere Umfangsseitenfläche der Wabenstruktur und das eine oder die mehreren thermoelektrischen Umsetzungsmodule ausgebildet.
  • In einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Wärmerückgewinnungssystem, das umfasst:
    • einen Weg in einer Richtung für ein erstes Fluid;
    • einen Zirkulationsweg für ein zweites Fluid, das eine Temperatur aufweist, die tiefer als die des ersten Fluids ist;
    • eine Wärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die in dem Weg für das erste Fluid und dem Weg für das zweite Fluid angeordnet ist; und
    • eine Batterie zum Speichern der durch die Wärmerückgewinnungsvorrichtung erzeugten Elektrizität.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Wärmerückgewinnungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung wenigstens eine Vorrichtung zum Empfangen der Wärme von dem zweiten Fluid, das aus der Ausströmöffnung für das zweite Fluid der Wärmerückgewinnungsvorrichtung strömt, wobei die Vorrichtung zum Empfangen der Wärme in dem Weg für das zweite Fluid angeordnet ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform des Wärmerückgewinnungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Vorrichtung zum Empfangen der Wärme von dem zweiten Fluid ein Kühler.
  • In einer nochmals weiteren Ausführungsform des Wärmerückgewinnungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist das zweite Fluid das Kühlwasser für eine Kraftmaschine und ist die Vorrichtung zum Empfangen der Wärme von dem zweiten Fluid eine Kraftmaschine.
  • In einer nochmals weiteren Ausführungsform des Wärmerückgewinnungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Weg für das erste Fluid ein Abgasweg von der Kraftmaschine, wobei eine Abgasreinigungsvorrichtung unter Verwendung eines Katalysators in dem Abgasweg und auf einer stromaufwärts gelegenen Seite der Wärmerückgewinnungsvorrichtung angeordnet ist.
  • Die Wärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist zusätzlich zu einer Wärmeaustauschfunktion eine thermoelektrische Umsetzungsfunktion auf und weist eine hervorragende Fähigkeit auf, die Abwärme effektiv zu verwenden. Außerdem weist die Wärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine einfache Struktur auf und wird folglich einfach hergestellt, was zu einer Verringerung der Fertigungskosten beitragen kann. Das Anordnen der Wärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Abgasleitung eines Kraftfahrzeugs fördert z. B. die effektive Verwendung der Abwärme, so dass die Umweltleistung des Kraftfahrzeugs verbessert werden kann.
  • Figurenliste
    • 1-1 ist eine Ansicht zum Erklären einer Querschnittsstruktur parallel zu einer axialen Richtung (einer Zellenerstreckungsrichtung) einer Wärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 1-2 ist eine Ansicht zum Erklären einer Querschnittsstruktur orthogonal zu einer axialen Richtung (einer Zellenerstreckungsrichtung) einer Wärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 2-1 ist eine Ansicht zum Erklären einer Querschnittsstruktur parallel zu einer axialen Richtung (einer Zellenerstreckungsrichtung) einer Wärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 2-2 ist eine Ansicht zum Erklären einer Querschnittsstruktur orthogonal zu einer axialen Richtung (einer Zellenerstreckungsrichtung) einer Wärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 3-1 ist eine Ansicht zum Erklären der Anordnung der Schrauben, wenn eine Wärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus einer Richtung orthogonal zu einer axialen Richtung (einer Zellenerstreckungsrichtung) beobachtet wird.
    • 3-2 ist eine Ansicht zum Erklären der Anordnung der Schrauben, wenn eine Wärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus einer Richtung parallel zu einer axialen Richtung (einer Zellenerstreckungsrichtung) beobachtet wird.
    • 3-3 ist eine schematische Ansicht einer Wärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie sie aus einer Richtung orthogonal zu einer axialen Richtung (einer Zellenerstreckungsrichtung) beobachtet wird, wenn anstelle der Schrauben Federn verwendet werden.
    • 3-4 zeigt schematisch eine Beziehung zwischen einem thermoelektrischen Umsetzungsmodul und einem Presspunkt.
    • 4-1 ist eine Ansicht zum Erklären einer Struktur einer Wärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn sie aus einer Richtung parallel zu einer axialen Richtung (einer Zellenerstreckungsrichtung) beobachtet wird.
    • 4-2 ist eine Ansicht zum Erklären einer Struktur einer Wärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn sie aus einer Richtung orthogonal zu einer axialen Richtung (einer Zellenerstreckungsrichtung) beobachtet wird.
    • 5-1 ist eine Ansicht zum Erklären einer Querschnittsstruktur parallel zu einer axialen Richtung (einer Zellenerstreckungsrichtung) einer Wärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 5-2 ist eine Ansicht zum Erklären einer Querschnittsstruktur orthogonal zu einer axialen Richtung (einer Zellenerstreckungsrichtung) einer Wärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 6-1 ist eine Ansicht zum Erklären eines Querschnittsstrukturbeispiels orthogonal zu einer axialen Richtung (einer Zellenerstreckungsrichtung) einer Wabenstruktur.
    • 6-2 ist eine Ansicht zum Erklären eines weiteren Querschnittsstrukturbeispiels orthogonal zu einer axialen Richtung (einer Zellenerstreckungsrichtung) einer Wabenstruktur.
    • 6-3 ist eine Ansicht zum Erklären eines nochmals weiteren Querschnittsstrukturbeispiels orthogonal zu einer axialen Richtung (einer Zellenerstreckungsrichtung) einer Wabenstruktur.
    • 7 zeigt ein Anordnungsbeispiel eines Wärmerückgewinnungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Folgenden werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bezüglich der Zeichnungen spezifisch beschrieben. Es sollte erkannt werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Ausführungsformen eingeschränkt ist und dass die Änderungen, Verbesserungen und dergleichen, die basierend auf der gewöhnlichen Kenntnis der Fachleute auf dem Gebiet gegebenenfalls zu den folgenden Ausführungsformen hinzugefügt werden, ohne vom Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen, in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen.
  • <Wärmerückgewinnungsvorrichtung>
  • 1-1 zeigt eine Querschnittsstruktur parallel zu einer axialen Richtung (einer Zellenerstreckungsrichtung) einer säulenförmigen Wabenstruktur einer Wärmerückgewinnungsvorrichtung (100) gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1-2 zeigt eine Querschnittsstruktur (den Querschnitt der A-A-Linie) der Wärmerückgewinnungsvorrichtung (100) gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn sie aus einer Richtung orthogonal zu der axialen Richtung (der Zellenerstreckungsrichtung) der säulenförmigen Wabenstruktur betrachtet wird.
    2-1 zeigt eine Querschnittstruktur parallel zu einer axialen Richtung (einer Zellenerstreckungsrichtung) einer säulenförmigen Wabenstruktur einer Wärmerückgewinnungsvorrichtung (200) gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2-2 zeigt eine Querschnittsstruktur (den Querschnitt der A-A-Linie) der Wärmerückgewinnungsvorrichtung (200) gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn sie aus einer Richtung orthogonal zu der axialen Richtung (der Zellenerstreckungsrichtung) der säulenförmigen Wabenstruktur betrachtet wird.
    Es sollte angegeben werden, dass die strichpunktierten Linien mit zwei Punkten in den Figuren die imaginären Linien einer Einströmöffnung (51) und einer Einlassleitung (52) für ein zweites Fluid sind.
  • Jede der Wärmerückgewinnungsvorrichtung (100) gemäß der ersten Ausführungsform und der Wärmerückgewinnungsvorrichtung (200) gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst eine säulenförmige Wabenstruktur (10), die enthält: eine äußere Umfangsseitenwand (14), die eine oder mehrere ebene äußere Umfangsseitenflächen aufweist; und mehrere Trennwände (132), die auf einer Innenseite der äußeren Umfangsseitenwand (14) angeordnet sind, wobei die Trennwände (132 hauptsächlich aus Keramik konfiguriert sind und mehrere Zellen (131) definieren, wobei jede Zelle (131) von einer ersten Stirnfläche (11) zu einer zweiten Stirnfläche (12) durchdringt, um einen Strömungsweg für ein erstes Fluid zu bilden.
    Ferner enthält jede der Wärmerückgewinnungsvorrichtung (100) gemäß der ersten Ausführungsform und der Wärmerückgewinnungsvorrichtung (200) gemäß der zweiten Ausführungsform: ein oder mehrere thermoelektrische Umsetzungsmodule (21), die angeordnet sind, so dass sie der äußeren Umfangsseitenfläche der Wabenstruktur (10) zugewandt sind.
    Weiterhin umfasst jede der ersten Wärmerückgewinnungsvorrichtung (100) gemäß der ersten Ausführungsform und der Wärmerückgewinnungsvorrichtung (200) gemäß der zweiten Ausführungsform ein röhrenförmiges Element (32) zum umlaufenden Abdecken der äußeren Umfangsseitenwand der Wabenstruktur (10) und des einen oder der mehreren thermoelektrischen Umsetzungsmodule (21).
    Überdies enthält jede der Wärmerückgewinnungsvorrichtung (100) gemäß der ersten Ausführungsform und der Wärmerückgewinnungsvorrichtung (200) gemäß der zweiten Ausführungsform ein Gehäuse (41) zum umlaufenden Abdecken des röhrenförmigen Elements (32).
  • (Wabenstruktur)
  • Die Wabenstruktur (10) ist säulenförmig und enthält die äußere Umfangsseitenwand (14), die eine oder mehrere ebene äußere Umfangsseitenflächen aufweist, und die Trennwände (132), die auf der Innenseite der äußeren Umfangsseitenwand (14) angeordnet sind, wobei die Trennwände (132) hauptsächlich aus Keramik konfiguriert sind und die Zellen (131) definieren, die von der ersten Stirnfläche (11) zu der zweiten Stirnfläche (12) durchdringen, um die Strömungswege für das erste Fluid zu bilden. Infolge einer derartigen Anordnung kann die Wärme des durch die Zellen (131) der Wabenstruktur (10) gehenden Fluids effizient gesammelt und zur Außenseite übertragen werden. Das erste Fluid strömt von der ersten Stirnfläche (11) in Richtung der zweiten Stirnfläche (12), d. h., in der Richtung der Pfeile in den 1-1 und 2-1 (der Richtung von der linken Seite zur rechten Seite der Seite) und in der Richtung von der Vorderseite zur Rückseite der Seite in den 1-2 und 2-2. Das erste Fluid ist nicht besonders eingeschränkt, wobei verschiedene Flüssigkeiten und Gase verwendet werden können. Wenn die Wärmerückgewinnungsvorrichtung z. B. in einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine oder einer Verbrennungsvorrichtung angeordnet ist, kann es z. B. ein Abgas sein. Wenn insbesondere die Wärmerückgewinnungsvorrichtung in einer Abgasleitung eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist, kann das erste Fluid das Abgas von der Kraftmaschine sein.
  • Die äußere Umfangsseitenwand (14) der Wabenstruktur (10) weist eine oder mehrere ebene äußere Umfangsseitenflächen auf. Das thermoelektrische Umsetzungsmodul (21) ist oft flach. Deshalb weist die Wabenstruktur (10) die ebene äußere Umfangsseitenfläche auf, wodurch die thermoelektrischen Umsetzungsmodule (21) einfach in einer Fläche-an-Fläche-Befestigung angeordnet sein können. Durch die Fläche-an-Fläche-Befestigung kann eine Verbesserung des Wärmeübertragungswirkungsgrades erwartet werden. Hinsichtlich dessen, eine große Anzahl von thermoelektrischen Umsetzungsmodulen (21) anordnen zu können, weist die äußere Umfangsseitenwand der Wabenstruktur (10) bevorzugt mehrere ebene äußere Umfangsseitenflächen und bevorzugt drei oder mehr ebene äußere Umfangsseitenflächen auf. Die Wabenstruktur (10) weist hinsichtlich der Herstellbarkeit und des Wärmerückgewinnungswirkungsgrades bevorzugt eine polygonale Säulenform auf. In diesem Fall sind alle der drei oder mehr äußeren Umfangsseitenflächen der äußeren Umfangsseitenwand (14) flach.
  • Um den Verwendungswirkungsgrad der Wärme von der Wabenstruktur (10) zu vergrößern, befindet sich bevorzugt eine der Hauptflächen (die Oberfläche auf der Hochtemperaturseite) des thermoelektrischen Umsetzungsmoduls (21) vollständig in direkten oder indirekten Kontakt mit der äußeren Umfangsseitenfläche der äußeren Umfangsseitenwand (14). Wenn sich die eine der Hauptflächen (die Oberfläche auf der Hochtemperaturseite) des thermoelektrischen Umsetzungsmoduls (21) vollständig in indirekten Kontakt mit der äußeren Umfangsseitenfläche der äußeren Umfangsseitenwand (14) befindet, befindet sich die eine der Hauptflächen (die Oberfläche auf der Hochtemperaturseite) des thermoelektrischen Umsetzungsmoduls bevorzugt über eine Substanz zum Verringern des thermischen Kontaktwiderstands zwischen beiden in Kontakt, wobei die Substanz auf der äußeren Umfangsseitenfläche der äußeren Umfangsseitenwand angeordnet ist.
  • Die Beispiele der polygonalen Säule enthalten dreieckige, viereckige, fünfeckige, sechseckige, siebeneckige, achteckige oder andere polygonale Säulen, sind aber nicht auf diese eingeschränkt. Für den leichten Zusammenbau ist es bevorzugt, dass die äußeren Umfangsseitenflächen, die einander gegenüberliegen, parallel sind und dass die Anzahl der äußeren Umfangsseitenflächen eine gerade Zahl (ein Quadrat, ein Sechseck, ein Achtecks usw.) ist. Die polygonale Säule ist typischerweise eine rechtwinklige Säule. Um einen gleichmäßigen Kontaktzustand (Anpressdruck oder dergleichen) jedes thermoelektrischen Umsetzungsmoduls bezüglich jeder äußeren Umfangsseitenfläche leicht zu schaffen, ist der Umriss der polygonalen Säule bevorzugt symmetrisch, wobei die äußere Form der Wabenstruktur (10) bevorzugt eine rechtwinklige Säulenform mit regelmäßigen polygonalen Stirnflächen ist. In der ersten Ausführungsform und in der zweiten Ausführungsform ist die äußere Form der Wabenstruktur eine regelmäßige achteckige Säulenform.
  • Die äußere Umfangsseitenfläche der äußeren Umfangsseitenwand (14) ist in Abhängigkeit von der äußeren Form der Wabenstruktur (10) bestimmt. Wenn die äußere Form der Wabenstruktur (10) eine polygonale Säulenform ist, wird die äußere Umfangsseitenfläche der äußeren Umfangsseitenwand (14) ein Vieleck, wenn der Querschnitt aus der Richtung orthogonal zu der Zellenerstreckungsrichtung beobachtet wird. Andererseits ist die Form der inneren Umfangsseitenfläche der äußeren Umfangsseitenwand (14) nicht besonders eingeschränkt. In einer Ausführungsform kann die innere Umfangsseitenfläche der äußeren Umfangsseitenwand (14) eine polygonale Form aufweisen, die der äußeren Umfangsseitenfläche der äußeren Umfangsseitenwand (14) entspricht, wenn der Querschnitt aus der Richtung orthogonal zu der Zellenerstreckungsrichtung beobachtet wird. In 6-1 ist die äußere Umfangsseitenfläche der äußeren Umfangsseitenwand (14) regelmäßig sechseckig geformt und ist die innere Umfangsseitenfläche der äußeren Umfangsseitenwand (14) außerdem regelmäßig sechseckig geformt, wenn der Querschnitt der Wabenstruktur (10) aus der Richtung orthogonal zu der Zellenerstreckungsrichtung beobachtet wird. In einer weiteren Ausführungsform kann die Form der inneren Umfangsseitenfläche der äußeren Umfangsseitenwand (14) der äußeren Umfangsseitenfläche der äußeren Umfangsseitenwand nicht entsprechen. In den 6-2 und 6-3 ist die äußere Umfangsseitenfläche der äußeren Umfangsseitenwand (14) regelmäßig achteckig geformt, während die innere Umfangsseitenfläche der Seitenwand (14) kreisförmig ist, wenn der Querschnitt der Wabenstruktur (10) orthogonal zu der Zellenerstreckungsrichtung beobachtet wird.
  • In einer Ausführungsform kann der gesamte Bereich, der sich auf einer Innenseite der inneren Umfangsseitenfläche der äußeren Umfangsseitenwand (14) befindet, aus den Zellen (131) bestehen, wenn der Querschnitt der Wabenstruktur (10) orthogonal zu der Zellenerstreckungsrichtung beobachtet wird, (z. B. die 6-1 und 6-2). Gemäß einer derartigen Ausführungsform nimmt die Anzahl der Trennwände für die Wärmeübertragung zu, was ermöglicht, dass ein Wirkungsgrad der Rückgewinnung von Wärme von dem ersten Fluid verbessert wird.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist die Wabenstruktur (10) einen hohlen Abschnitt (15) auf, der von dem Mittelabschnitt der ersten Stirnfläche (11) zu dem Mittelabschnitt der zweiten Stirnfläche (12) durchdringt, um einen Strömungsweg für das erste Fluid zu bilden, wenn der Querschnitt der Wabenstruktur (10) orthogonal zu der Zellenerstreckungsrichtung beobachtet wird, wobei die Zellen (131) auf der äußeren Umfangsseite des hohlen Abschnitts (15) angeordnet sein können (z. B. 6-3). Die Größe (Querschnittsfläche) des hohlen Abschnitts (15) kann in Anbetracht der Tatsache, dass ein Wärmerückgewinnungswirkungsgrad von dem durch den hohlen Abschnitt (15) gehenden ersten Fluid geringer als ein Wärmerückgewinnungswirkungsgrad von dem durch die Zellen (131) gehenden ersten Fluid ist, in Abhängigkeit von einer erwarteten Temperatur des ersten Fluids bestimmt werden.
  • Ferner kann die Wärmerückgewinnungsvorrichtung so konfiguriert sein, dass ein Durchflussmengenverhältnis des durch den hohlen Abschnitt gehenden ersten Fluids und des durch die Zellen gehenden ersten Fluids geändert werden kann. Wenn z. B. die Temperatur des ersten Fluids zu hoch ist oder die Durchflussmenge vergrößert ist, was zu einem großen Druckverlust aufgrund der obigen Konfiguration führt, kann das Durchflussmengenverhältnis des durch den hohlen Abschnitt gehenden ersten Fluids vergrößert werden, um die Menge der zu den thermoelektrischen Umsetzungsmodulen übertragenen Wärme zu verringern, um irgendeine Beschädigung der thermoelektrischen Umsetzungsmodule zu verhindern. Die Wärmerückgewinnungsvorrichtung kann so konfiguriert sein, dass die Durchflussmenge des durch die Zellen gehenden ersten Fluids null sein kann, wobei das Durchflussmengenverhältnis so geändert werden kann, dass das erste Fluid nur durch den hohlen Abschnitt geht. Wenn umgekehrt eine Durchflussmenge des ersten Fluids gering ist und es erwünscht ist, dass die Wärmerückgewinnung gefördert werden sollte, kann das Durchflussmengenverhältnis des durch die Zellen gehenden ersten Fluids vergrößert werden, was zu einer vergrößerten Wärmemenge führt, die zu den thermoelektrischen Umsetzungsmodulen übertragen wird. Die Wärmerückgewinnungsvorrichtung kann so konfiguriert sein, dass die Durchflussmenge des durch den hohlen Abschnitt gehenden ersten Fluids null sein kann, wobei das Durchflussmengenverhältnis so geändert werden kann, dass das erste Fluid nur durch die Zellen geht.
  • Die Wärmerückgewinnungsvorrichtung (200) gemäß der zweiten Ausführungsform enthält z. B. einen Verzweigungsweg (62), der einen Weg (60) für das in der Wabenstruktur (10) strömende Fluid in einen Weg (64), der durch den hohlen Abschnitt (15) geht, und in einen Weg (63), der durch die Zellen (131) geht, verzweigt. In der Wärmerückgewinnungsvorrichtung (200) gemäß der zweiten Ausführungsform ist der Verzweigungsweg (62) durch mehrere Durchgangslöcher ausgebildet, die in einem Rohr angeordnet sind, das den Weg (60) für das erste Fluid bildet, wie in 2-1 gezeigt ist. Die Wärmerückgewinnungsvorrichtung (200) gemäß der zweiten Ausführungsform weist einen Mechanismus auf, der das Durchflussmengenverhältnis des durch den hohlen Abschnitt (15) gehenden ersten Fluids und des durch die Zellen (131) gehenden ersten Fluids einstellen kann.
  • Der Einstellmechanismus des Durchflussmengenverhältnisses ist nicht besonders eingeschränkt, sondern er enthält ein Verfahren zum Anordnen eines Durchflussmengen-Steuerventils (61) auf einer stromaufwärts gelegenen Seite der ersten Stirnfläche (11) oder einer stromabwärts gelegenen Seite der zweiten Stirnfläche (12) der Wabenstruktur (10) in einem oder beiden des Wegs (64), der durch den hohlen Abschnitt (15) geht, und des Wegs (63), der durch die Zellen (131) geht. Das Durchflussmengen-Steuerventil (61) kann irgendeine bekannte Struktur aufweisen, einschließlich z. B. eines Absperrventils, eines Schmetterlingsventils, eines Kugelventils und dergleichen. Das Durchflussmengen-Steuerventil (61) kann manuell geöffnet und geschlossen werden, wobei es aber durch einen pneumatischen oder elektrischen Aktuator oder dergleichen automatisch geöffnet und geschlossen werden kann. Es kann außerdem unter Verwendung eines Aktuators (eines Thermoaktuators, eines Thermostats usw.) unter Verwendung einer Volumenänderung eines Materials (Wachs oder dergleichen) in Abhängigkeit von der Temperatur geöffnet und geschlossen werden. In der Wärmerückgewinnungsvorrichtung (200) gemäß der zweiten Ausführungsform ist ein Schmetterlingsventil (61) auf der stromabwärts gelegenen Seite der zweiten Stirnfläche (12) in dem durch den hohlen Abschnitt (15) gehenden Weg (64) angeordnet, wie in 2-1 gezeigt ist.
  • Um zu verhindern, dass das durch den hohlen Abschnitt (15) strömende erste Fluid und das durch die Zellen (131) strömende erste Fluid zueinander kommen und gehen, kann eine luftdichte Wand (66) angeordnet sein, so dass beide voneinander getrennt sein können. Dies kann z. B. eine Verringerung der von dem durch den hohlen Abschnitt (15) strömenden ersten Fluid über die Zellen (131) zu den thermoelektrischen Umsetzungsmodulen (21) übertragenen Wärmemenge ermöglichen.
  • Das erste Fluid, das aus dem hohlen Abschnitt (15) und den Zellen (131) strömt, kann stromabwärts der zweiten Stirnfläche (12) der Wabenstruktur (10) vereinigt werden. Das vereinigte erste Fluid wird aus derselben Ablassöffnung abgelassen.
  • Die Formen der Zellen im Querschnitt orthogonal zu der axialen Richtung (der Zellenerstreckungsrichtung) der Wabenstruktur sind nicht besonders eingeschränkt. Eine gewünschte Form kann aus einem Kreis, einer Ellipse, einem Dreieck, einem Quadrat, einem Sechseck oder anderen Vielecken und dergleichen geeignet ausgewählt werden. In der in den 6-1 und 6-2 gezeigten Ausführungsform ist die Querschnittsform der Zelle (131) quadratisch geformt. In der in 6-3 gezeigten Ausführungsform weist jede Zelle (131) eine von einer bogenförmigen Trennwand auf der inneren Umfangsseite, einer bogenförmigen Trennwand auf der äußeren Umfangsseite und zwei Trennwänden, die sich in der radialen Richtung erstrecken, umgebene Form auf.
  • Die Trennwände der Wabenstruktur sind hauptsächlich aus Keramik konfiguriert. „Hauptsächlich aus Keramik konfiguriert“ bedeutet, dass ein Massenverhältnis der Keramik in der Gesamtmasse der Trennwände 50 Massen-% oder mehr beträgt.
  • Die Porosität der Trennwände kann bevorzugt 10 % oder kleiner und bevorzugter 5 % oder kleiner und besonders bevorzugt 3 % oder kleiner betragen. Die Porosität der Trennwände kann außerdem 0 % betragen. Die Porosität der Trennwände von 10 % oder kleiner kann die Wärmeleitfähigkeit verbessern.
  • Die Trennwände können bevorzugt SiC (Siliciumcarbid), das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, als eine Hauptkomponente enthalten. „Enthalten SiC (Siliciumcarbid) als eine Hauptkomponente“ bedeutet, dass ein Massenverhältnis des SiC (Siliciumcarbids) in der Gesamtmasse der Trennwände 50 Massen-% oder mehr beträgt.
  • Spezieller enthalten die Materialien der Wabenstruktur, die verwendet werden können, Si-imprägniertes SiC, (Si + AI)-imprägniertes SiC, Metallverbund-SiC, rekristallisiertes SiC, Si3N4, SiC und dergleichen.
  • Es gibt keine besondere Einschränkung für die Zellendichte (d. h., die Anzahl der Zellen pro Einheitsfläche) in dem Querschnitt orthogonal zu der axialen Richtung (der Zellenerstreckungsrichtung) der Wabenstruktur. Die Zellendichte kann nach Bedarf entworfen sein, wobei sie sich aber bevorzugt in einem Bereich von 4 bis 320 Zellen/cm2 befinden kann. Die Zellendichte von 4 Zellen/cm2 oder größer kann zu einer ausreichenden Festigkeit der Trennwände und folglich zu einer ausreichenden Festigkeit und zu einem ausreichenden effektiven GSA (geometrischen Oberflächeninhalt) der Wabenstruktur selbst führen. Ferner kann die Zellendichte von 320 Zellen/cm2 oder kleiner eine Zunahme des Druckverlusts verhindern, wenn das erste Fluid strömt.
  • Die Wabenstruktur kann bevorzugt eine isostatische Festigkeit von 1 MPa oder größer und bevorzugter 5 MPa oder größer aufweisen. Falls die isostatische Festigkeit der Wabenstruktur 1 MPa oder größer ist, kann die Wabenstruktur eine ausreichende Haltbarkeit aufweisen. Der obere Grenzwert der isostatischen Festigkeit der Wabenstruktur kann etwa 100 MPa betragen. Die isostatische Festigkeit der Wabenstruktur kann gemäß dem Verfahren zum Messen der isostatischen Bruchfestigkeit gemessen werden, das im JASO-Standard M505-87 definiert ist, das der von der Gesellschaft der Kraftfahrzeugingenieure Japans, Inc., verwendete Kraftfahrzeugstandard ist.
  • Der Durchmesser der Wabenstruktur in dem Querschnitt orthogonal zu der Zellenerstreckungsrichtung kann bevorzugt von 20 bis 200 mm und bevorzugter von 30 bis 100 mm reichen. Ein derartiger Durchmesser kann den Wärmerückgewinnungswirkungsgrad verbessern. Der Durchmesser des maximalen einbeschriebenen Kreises, der in die äußere Umfangsseitenfläche der Wabenstruktur, wie sie im Querschnitt orthogonal zu der Zellenerstreckungsrichtung beobachtet wird, einbeschrieben ist, ist, wie er hier verwendet wird, als der Durchmesser der Wabenstruktur in dem Querschnitt orthogonal zu der Zellenerstreckungsrichtung definiert.
  • Die Dicke der Trennwände der Zellen der Wabenstruktur kann gemäß dem Zweck geeignet entworfen sein und ist nicht besonders eingeschränkt. Die Dicke der Trennwände kann bevorzugt von 0,1 bis 1 mm und bevorzugter von 0,2 bis 0,6 mm reichen. Die Dicke der Trennwände von 0,1 mm oder größer kann zu einer ausreichenden mechanischen Festigkeit führen und einen Bruch aufgrund des Einflusses der Wärmespannung verhindern. Ferner kann die Dicke der Trennwand von 1 mm oder kleiner Probleme, wie z. B. eine Zunahme des Druckverlusts des ersten Fluids und eine Abnahme des Wärmerückgewinnungswirkungsgrades, wenn das Wärmemedium durchdringt, verhindern.
  • Die Trennwände können bevorzugt eine Dichte von 0,5 bis 5 g/cm3 aufweisen. Die Dichte der Trennwände von 0,5 g/cm3 oder größer kann zu einer ausreichenden Festigkeit der Trennwände führen und kann verhindern, dass die Trennwände durch den Widerstand, der erzeugt wird, wenn das erste Fluid durch das Innere des Strömungswegs (Innere der Zellen) geht, beschädigt werden. Ferner kann die Dichte der Trennwände von 5 g/cm3 oder kleiner das Gewicht der Wabenstruktur verringern. Die Dichte innerhalb des obigen Bereichs kann zu einer verstärkten Wabenstruktur führen und außerdem eine Wirkung des Verbesserns der Wärmeleitfähigkeit erzeugen. Die Dichte der Trennwände ist ein durch das Archimedes-Verfahren gemessener Wert.
  • Die Wabenstruktur kann bevorzugt eine Wärmeleitfähigkeit von 50 W/(m . K) oder größer und bevorzugter von 100 bis 300 W/(m . K) und bevorzugter von 120 bis 300 W/(m · K) bei 25 °C aufweisen. Die Wärmeleitfähigkeit der Wabenstruktur innerhalb eines derartigen Bereichs kann zu guten Wärmeleitungseigenschaften und einer effizienten Wärmeübertragung in der Wabenstruktur zu den thermoelektrischen Umsetzungsmodulen führen. Der Wert der Wärmeleitfähigkeit wird durch das Laserblitzverfahren (JIS R1611-1997) gemessen.
  • Wenn ein Abgas von einer Kraftmaschine als das erste Fluid durch die Zellen der Wabenstruktur strömt, kann ein Katalysator bevorzugt auf den Trennwänden der Wabenstruktur gestützt sein. Das Stützen des Katalysators auf den Trennwänden kann die Umsetzung von CO, NOx, HC und dergleichen im Abgas durch die katalytische Reaktion in harmlose Substanzen ermöglichen und kann zusätzlich ermöglichen, dass die durch die katalytische Reaktion erzeugte Reaktionswärme für den Wärmeaustausch verwendet wird. Der Katalysator kann bevorzugt wenigstens ein Element enthalten, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Edelmetalle (Platin, Rhodium, Palladium, Ruthenium, Indium, Silber und Gold), Aluminium, Nickel, Zirkonium, Titan, Cerium, Kobalt, Mangan, Zink, Kupfer, Zinn, Eisen, Niob, Magnesium, Lanthan, Samarium, Bismut und Barium umfasst. Das wenigstens eine Element, wie es oben aufgelistet worden ist, kann als eine einfache Metallsubstanz, ein Metalloxid und eine andere Metallverbindung enthalten sein.
  • Eine zu tragende Menge des Katalysators (Katalysatormetall + Träger) kann bevorzugt von 10 bis 400 g/l reichen. Ferner kann für den das Edelmetall enthaltenden Katalysator die zu tragende Menge des Katalysators bevorzugt von 0,1 bis 5 g/l reichen. Falls die zu tragende Menge des Katalysators (Katalysatormetall + Träger) 10 g/l oder größer ist, besteht die Tendenz, dass eine Katalyse auftritt. Falls andererseits die zu tragende Menge des Katalysators 400 g/l oder kleiner ist, kann ein Druckverlust unterdrückt werden und kann folglich eine Zunahme der Fertigungskosten unterdrückt werden. Der Träger bezieht sich auf einen Träger, auf dem das katalytische Metall getragen ist. Der Träger kann bevorzugt wenigstens eines enthalten, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Aluminiumoxid, Cerdioxid und Zirkoniumdioxid umfasst.
  • (Thermoelektrisches Umsetzungsmodul)
  • Ein oder mehrere thermoelektrische Umsetzungsmodule (21) sind angeordnet, so dass sie einer oder mehreren ebenen äußeren Umfangsseitenflächen der äußeren Umfangsseitenwand (14) der Wabenstruktur (10) zugewandt sind. Um den Wärmeverwendungswirkungsgrad zu verbessern, können ein oder mehrere thermoelektrische Umsetzungsmodule (21) angeordnet sein, so dass sie allen äußeren Umfangsseitenflächen der äußeren Umfangsseitenwand (14) zugewandt sind. Das thermoelektrische Umsetzungsmodul (21) kann die Wärme durch den Seebeck-Effekt in Elektrizität umsetzen, wenn es einen Temperaturunterschied zwischen beiden Enden gibt. In der vorliegenden Erfindung werden die thermoelektrischen Umsetzungsmodule (21) betrieben, um die Wärmeenergie unter Verwendung des Temperaturunterschieds zwischen dem ersten Fluid mit einer höheren Temperatur und dem zweiten Fluid mit einer tieferen Temperatur in die elektrische Energie umzusetzen. Die durch die thermoelektrischen Umsetzungsmodule (21) erzeugte Elektrizität kann z. B. über elektrische Drähte (22) verschiedenen elektronischen Vorrichtungen zugeführt oder in einer Batterie gespeichert werden.
  • In dem thermoelektrischen Umsetzungsmodul (21) sind z. B. ein Wärmeempfangssubstrat, das aus einer isolierenden Keramik hergestellt ist, und ein Wärmeableitungssubstrat, das aus einer isolierenden Keramik hergestellt ist, an beiden Enden angeordnet, zwischen denen ein thermoelektrisches Umsetzungselement des N-Typs und ein thermoelektrisches Umsetzungselement des P-Typs, die über eine Elektrode abwechselnd in Reihe geschaltet sind, angeordnet sind. Die einander benachbarten thermoelektrischen Umsetzungsmodule können über eine Verdrahtung elektrisch verbunden sein. Typischerweise ist das Wärmeempfangssubstrat an dem Ende des thermoelektrischen Umsetzungsmoduls (21) näher an dem ersten Fluid angeordnet, während das Wärmeableitungssubstrat an dem Ende des thermoelektrischen Umsetzungsmoduls (21) näher an dem zweiten Fluid angeordnet ist.
  • Die Form des thermoelektrischen Umsetzungsmoduls (21) ist nicht besonders eingeschränkt, wobei aber hinsichtlich einer leichten Verfügbarkeit vom Markt und der kompakten Herstellung der Wärmerückgewinnungsvorrichtung ein flaches thermoelektrisches Umsetzungsmodul bevorzugt ist. Die flachen thermoelektrischen Umsetzungsmodule (21) können einfach angeordnet werden, so dass sie einer oder mehreren ebenen äußeren Umfangsseitenflächen der äußeren Umfangsseitenwand (14) der Wabenstruktur (10) zugewandt sind.
  • ( Röhrenförmiges Element)
  • Ein röhrenförmiges Element (32) deckt die äußere Umfangsseitenfläche der Wabenstruktur (10) und das eine oder die mehreren thermoelektrischen Umsetzungsmodule (21) umlaufend ab. Das röhrenförmige Element (32) weist eine Wirkung des Beibehaltens der Form, damit die Struktur, in der ein oder mehrere thermoelektrische Umsetzungsmodule (21) angeordnet sind, so dass sie der äußeren Umfangsseitenfläche der äußeren Umfangsseitenwand (14) zugewandt sind, nicht zusammenfällt, und eine Wirkung des Verhinderns, dass das erste Fluid und das zweite Fluid miteinander gemischt werden, auf. Um die Wirkung des Beibehaltens der Form zu verbessern, ist die innere Umfangsseitenfläche des röhrenförmigen Elements (32) direkt oder indirekt an den äußeren Umfangsabschnitt des thermoelektrischen Umsetzungsmoduls (21) angepasst. Das „angepasst“, wie es hier verwendet wird, bedeutet, dass sie in einem Zustand befestigt sind, indem sie sich miteinander in Eingriff befinden. Deshalb enthält der Begriff „angepasst“ die Fälle, in denen sie sowohl durch eine Passung, wie z. B. eine Spielpassung, eine feste Passung und eine Schrumpfpassung, als auch durch Hartlöten, Schweißen, Diffusionskleben und dergleichen aneinander befestigt sind.
  • Es ist hinsichtlich des Erhöhens des Wärmerückgewinnungswirkungsgrades bevorzugt, ein höheres Verhältnis der Fläche eines Anteils der äußeren Umfangsseitenfläche der äußeren Umfangsseitenwand (14), wobei dieser Anteil mit dem röhrenförmigen Element (32) umlaufend abgedeckt ist, zu der Gesamtfläche der äußeren Umfangsseitenfläche der äußeren Umfangsseitenwand (14) aufzuweisen. Spezieller kann ein derartiges Flächenverhältnis bevorzugt 80 % oder größer und bevorzugter 90 % oder größer und bevorzugter 100 % (d. h., die gesamte äußere Umfangsseitenfläche der äußeren Umfangsseitenwand (14) ist mit dem röhrenförmigen Element (32) umlaufend abgedeckt) sein. Der Begriff „äußere Umfangsseitenfläche“, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf eine Oberfläche parallel zu der axialen Richtung (der Zellenerstreckungsrichtung) der Wabenstruktur, wobei er eine Oberfläche orthogonal zu der axialen Richtung (der Zellenerstreckungsrichtung) der Wabenstruktur nicht enthält.
  • Das Material, das das röhrenförmige Element (32) bilden kann, ist nicht besonders eingeschränkt, solange wie es die obigen Effekte erzeugt, wobei es aber bevorzugt ein Material mit einer guten Wärmeleitfähigkeit, einschließlich z. B. Metallen, Keramiken und dergleichen, ist. Unter ihnen können Metalle hinsichtlich der Herstellbarkeit (der Leichtigkeit des Zusammenbauens) bevorzugt sein. Die Metalle, die verwendet werden können, enthalten z. B. rostfreien Stahl, Titanlegierungen, Kupferlegierungen, Aluminiumlegierungen, Messing und dergleichen. Unter ihnen kann rostfreier Stahl aus Gründen seiner hohen Haltbarkeit und Zuverlässigkeit bevorzugt sein.
  • Das röhrenförmige Element (32) kann im Hinblick auf die Verlässlichkeit der Lebensdauer vorzugsweise eine Dicke von 0,1 mm oder größer und stärker bevorzugt von 0,3 mm oder größer und noch stärker bevorzugt 0,5 mm oder größer aufweisen. Die Dicke des röhrenförmigen Elements (32) kann m Hinblick auf die Verringerung des Wärmewiderstands bevorzugt 10 mm oder kleiner und stärker bevorzugt 5 mm oder kleiner und noch stärker bevorzugt 3 mm oder kleiner sein.
  • (Gehäuse)
  • Ein Gehäuse (41) ist so angeordnet das es das röhrenförmige Element (32) umlaufend abdeckt. Das Gehäuse (41) weist eine Einströmöffnung (51) und eine Ausströmöffnung (53) für das zweite Fluid, das eine Temperatur aufweist, die tiefer als die des ersten Fluids ist, auf. Zwischen einer Innenseite des Gehäuses (41) und einer Außenseite des röhrenförmigen Elements (32) ist ein Strömungsweg (42) für das zweite Fluid ausgebildet, so dass er das röhrenförmige Element (32) umlaufend abdeckt. Das Gehäuse (41) weist bevorzugt ein äußeres röhrenförmiges Element (43) auf, das das gesamte röhrenförmige Element (32) umlaufend abdeckt. Der Strömungsweg (42) für das zweite Fluid ist nicht für jedes Wärmeübertragungs-Umsetzungsmodul einzeln vorgesehen, sondern ist nur vorgesehen, um das röhrenförmige Element (32) umlaufend abzudecken. Folglich kann der Strömungsweg (42) für das zweite Fluid einfach konstruiert sein.
  • Das Gehäuse (41) enthält: die Einströmöffnung (51) für das zweite Fluid; eine Einlassleitung (52) zum Verbinden der Einströmöffnung (51) und des äußeren röhrenförmigen Elements (43); die Ausströmöffnung (53) für das zweite Fluid; und eine Auslassleitung (54) zum Verbinden der Ausströmöffnung (53) und des äußeren röhrenförmigen Elements (43). Das zweite Fluid strömt von der Einströmöffnung (51) in das Gehäuse (41). Das zweite Fluid wird dann, während es durch den Strömungsweg (42) geht, einem Wärmeaustausch mit dem ersten Fluid unterzogen, wobei es dann aus der Ausströmöffnung (53) ausströmt. Bei dieser Konfiguration kann sowohl die Wärme von dem ersten Fluid durch die Wärmeübertragungs-Umsetzungsmodule zurückgewonnen werden als auch die Wärme von dem ersten Fluid durch Wärmeaustausch zurückgewonnen werden. Die Einströmöffnung (51) für das zweite Fluid ist bevorzugt auf einer Seite nah bei der zweiten Stirnfläche (12) angeordnet, während die Ausströmöffnung (53) für das zweite Fluid bevorzugt auf einer Seite nah bei der ersten Stirnfläche (11) angeordnet ist. Dies kann es ermöglichen, dass das zweite Fluid in der zu dem ersten Fluid entgegengesetzten Richtung (Gegenstrom) strömt, so dass die Tendenz besteht, dass die Wärmerückgewinnungsleistung stabil gezeigt wird.
  • Um zu verhindern, dass das zweite Fluid zur Außenseite entweicht, weist jede äußere Umfangsseitenfläche an beiden Enden des röhrenförmigen Elements (32) in der axialen Richtung (Zellenerstreckungsrichtung) bevorzugt eine Struktur auf, in der sich die äußere Umfangsseitenfläche umlaufend in engen Kontakt mit der Innenseitenfläche des Gehäuses (41) befindet. Das Verfahren, um die äußere Umfangsseitenfläche des röhrenförmigen Elements (32) in engen Kontakt mit der Innenseite des Gehäuses (41) zu bringen, enthält Schweißen, Diffusionsverbinden, Hartlöten und dergleichen, ist aber nicht besonders darauf eingeschränkt. Unter diesen wird das Schweißen im Hinblick auf die hohe Verlässlichkeit der Lebensdauer bevorzugt.
  • Das Material des Gehäuses (41) enthält erwünscht Materialien mit einer guten Wärmeleitfähigkeit, z. B. Metalle, Keramiken und dergleichen, ist aber nicht besonders darauf eingeschränkt. Unter ihnen können die Metalle hinsichtlich der Herstellbarkeit (Leichtigkeit des Zusammenbauens) bevorzugt sein. Die Metalle, die verwendet werden können, enthalten z. B. rostfreien Stahl, Titanlegierungen, Kupferlegierungen, Aluminiumlegierungen, Messing und dergleichen. Unter ihnen kann rostfreier Stahl aus Gründen seiner höheren Gebrauchszeit-Zuverlässigkeit bevorzugt sein.
  • Das Gehäuse (41) kann hinsichtlich der Gebrauchszeit-Zuverlässigkeit bevorzugt eine Dicke von 0,1 mm oder größer und bevorzugter von 0,5 mm oder größer und noch bevorzugter von 1 mm oder größer aufweisen. Die Dicke des Gehäuses (41) kann hinsichtlich der Kosten, des Volumens und des Gewichts bevorzugt 10 mm oder kleiner und bevorzugter 5 mm oder kleiner und noch bevorzugter 3 mm oder kleiner sein.
  • Wenn die Wärmerückgewinnungsvorrichtung zum Rückgewinnen der Abwärme von einem Abgas einer Kraftmaschine oder dergleichen verwendet wird, kann das Gehäuse so strukturiert sein, dass beide Enden des Gehäuses in der Richtung parallel zu der axialen Richtung (Zellenerstreckungsrichtung) der Wabenstruktur mit der Rohrleitung verbunden sein können, durch die das Abgas der Kraftmaschine geht. Wenn ein Innendurchmesser der Rohrleitung, durch die das Abgas geht, von den Innendurchmessern der beiden Endabschnitte des Gehäuses verschieden ist, kann ein Gaseinleitungsrohr, in dem der Innendurchmesser der Rohrleitung allmählich zunimmt oder abnimmt, zwischen der Rohrleitung und dem Gehäuse vorgesehen sein oder kann die Rohrleitung direkt mit dem Gehäuse verbunden sein.
  • Das zweite Fluid ist nicht besonders eingeschränkt. Wenn die Wärmerückgewinnungsvorrichtung als ein Wärmetauscher dient, der an einem Kraftfahrzeug angebracht ist, ist das zweite Fluid bevorzugt Wasser oder eine Frostschutzflüssigkeit (LLC, wie sie im JIS K 2234: 2006 definiert ist). Als das zweite Fluid kann außerdem ein Kraftmaschinenöl, ein ATF oder ein Kältemittel-Flurkohlenwasserstoff verwendet werden.
  • (Wärmeübertragungselement)
  • Ein Wärmeübertragungselement (31) kann zwischen dem einen oder den mehreren thermoelektrischen Umsetzungsmodulen (21) und dem röhrenförmigen Element (32) angeordnet sein. Das Anordnen des Wärmeübertragungselements (31) kann eine Wirkung des Vergrößerns des Wärmerückgewinnungswirkungsgrades und eine Wirkung des Verbesserns der Wirkung des Beibehaltens der Form des röhrenförmigen Elements (32) schaffen. Das Wärmeübertragungselement (31) ist bevorzugt konfiguriert, um eine Lücke zwischen dem einen oder den mehreren thermoelektrischen Umsetzungsmodulen (31) und dem röhrenförmigen Element (32) so viel wie möglich zu füllen. Überdies ist die innere Umfangsseitenfläche des röhrenförmigen Elements (32) hinsichtlich des Erhöhens des Wärmerückgewinnungswirkungsgrades und des Verbesserns der Wirkung des Beibehaltens der Form bevorzugt an die äußere Umfangsseitenfläche des Wärmeübertragungselements (31) angepasst.
  • Das Wärmeübertragungselement (31) kann z. B. eine derartige Form des inneren Umfangs aufweisen, die der Form der äußeren Umfangsseite eines oder mehrerer thermoelektrischer Umsetzungsmodule (21) entspricht und kann außerdem eine derartige Form des äußeren Umfangs aufweisen, die der Form der inneren Umfangsseite des röhrenförmigen Elements (31) entspricht. In der Ausführungsform bildet die äußere Umfangsseitenfläche des Wärmeübertragungselements (31) eine zylindrische Oberfläche als Ganzes, wobei sie an die innere Umfangsseitenfläche des röhrenförmigen Elements (32), das eine zylindrische Form aufweist, angepasst ist, wie in den 1-2 und 2-2 gezeigt ist.
  • Das Material des Wärmeübertragungselements (31) enthält Materialien mit einer guten Wärmeleitfähigkeit, z. B. Metalle, Keramiken und dergleichen, ist aber nicht besonders darauf eingeschränkt. Unter ihnen können die Metalle hinsichtlich der Herstellbarkeit (Leichtigkeit des Zusammenbauens) bevorzugt sein. Die Beispiele der Metalle enthalten rostfreien Stahl, Titanlegierungen, Kupferlegierungen, Aluminiumlegierungen, Messing und dergleichen. Unter ihnen können die Aluminiumlegierungen infolge ihrer guten Verarbeitbarkeit und guten Wärmeleitfähigkeit bevorzugt sein.
  • (Substanzen zum Verringern des thermischen Kontaktwiderstands)
  • Zwischen dem einen oder den mehreren thermoelektrischen Umsetzungsmodulen (21) und dem Wärmeübertragungselement (31) kann eine Substanz zum Verringern des thermischen Kontaktwiderstands zwischen beiden eingefügt sein. Ähnlich kann zwischen dem einen oder den mehreren thermoelektrischen Umsetzungsmodulen (21) und der äußeren Umfangsseitenfläche der äußeren Umfangsseitenwand (14) die Substanz zum Verringern des thermischen Kontaktwiderstands zwischen beiden eingefügt sein. Das Einfügen der Substanz zum Verringern des thermischen Kontaktwiderstands kann den Wärmerückgewinnungswirkungsgrad vergrößern. Beispiele der Substanz zum Verringern des thermischen Kontaktwiderstands enthalten Metalltafeln, Kohlenstofftafeln (Graphittafeln), Thermotafeln und Thermofette. Spezifische Beispiele des Metalls enthalten Weichmetalle, wie z. B. Aluminium, Kupfer und Blei, und Legierungen, wie z. B. Lot.
  • (Verfahren zum Herstellen der Wärmerückgewinnungsvorrichtung)
  • Als Nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen der Wärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beispielhaft beschrieben.
  • (Herstellung der Wabenstruktur)
  • Zuerst wird ein Rohling, der Keramikpulver enthält, in eine Sollform extrudiert, um einen Wabenformling herzustellen. Als ein Material für den Wabenformling können die obenerwähnten Keramiken verwendet werden. Wenn z. B. ein Wabenformling, der ein Si-imprägniertes SiC-Verbundmaterial als eine Hauptkomponente enthält, hergestellt wird, werden ein Bindemittel und Wasser oder ein organisches Lösungsmittel zu einer vorgegebenen Menge von SiC-Pulver hinzugefügt, wobei die resultierende Mischung geknetet wird, um einen Rohling zu bilden, der dann geformt wird, um einen Wabenformling mit einer Sollform zu erhalten. Der resultierende Wabenformling kann dann getrocknet, mit metallischem Si imprägniert und in einem Inertgas unter einem verringerten Druck oder in einem Vakuum gebrannt werden, um eine Wabenstruktur zu erhalten, die mehrere Zellen aufweist, die durch die Trennwände partitioniert sind.
  • (Anordnung des thermoelektrischen Umsetzungsmoduls)
  • Dann wird eine Sollanzahl thermoelektrischer Umsetzungsmodule an jeder äußeren Umfangsseitenfläche der Wabenstruktur angeordnet. Nach dem Anordnen des Wärmeübertragungselements auf der äußeren Umfangsseite jedes thermoelektrischen Umsetzungsmoduls nach Bedarf wird die resultierende Anordnung in das röhrenförmige Element eingesetzt. Eine Schrumpfpassung in diesem Zustand kann es ermöglichen, dass die innere Umfangsseitenfläche des röhrenförmigen Elements an die äußere Umfangsseitenfläche der Anordnung (z. B. die äußere Umfangsseitenfläche des Wärmeübertragungselements) angepasst wird.
  • In einer derartigen Weise wird eine Kernkomponente, die die Wabenstruktur, die thermoelektrischen Umsetzungsmodule und das röhrenförmige Element enthält und ferner bevorzugt das Wärmeübertragungselement enthält, fertiggestellt. Durch das Strukturieren der Kernkomponente, so dass sie nicht zerlegt wird, wenn nicht eine Kraft von außen ausgeübt wird, wird die Handhabung der Wärmerückgewinnungsvorrichtung einfach.
  • ( Befestigung des Gehäuses)
  • Das Gehäuse mit den Komponenten, wie oben dargelegt worden ist, wird durch ein Verfahren, wie z. B. Gesenkformen, Biegen oder Schneiden, gebildet, wobei das Gehäuse mit der Kernkomponente verbunden wird, um das röhrenförmige Element der Kernkomponente umlaufend abzudecken. Typischerweise kann die Kernkomponente in das äußere röhrenförmige Element des Gehäuses eingesetzt werden, wobei beide durch ein Verfahren, wie z. B. Schweißen und Hartlöten, verbunden werden können.
  • Eine derartige Prozedur kann zur Herstellung der Wärmerückgewinnungsvorrichtung führen, in der die Kernkomponente und das Gehäuse kombiniert sind. Das Verfahren zum Herstellen der Wärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf die Herstellungsverfahren eingeschränkt, wie sie oben beschrieben worden sind.
  • (Dritte Ausführungsform)
  • Um die Ausgabe eines oder mehrerer thermoelektrischer Umsetzungsmodule (21) zu verbessern, befinden sich ein oder mehrere thermoelektrische Umsetzungsmodule (21) bevorzugt in engen Kontakt mit der äußeren Umfangsseitenwand (14) der Wabenstruktur (10). Die 3-1 und 3-2 veranschaulichen eine Konfiguration einer Wärmerückgewinnungsvorrichtung (300) gemäß der dritten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, die zum Lösen einer derartigen Aufgabe effektiv ist. In den 3-1 und 3-2 geben die Elemente, die durch die gleichen Bezugszeichen wie jene nach den 1-1, 1-2, 2-1 und 2-2 bezeichnet sind, die gleichen Elemente an, wobei daher ihre Beschreibungen weggelassen werden.
  • In der Wärmerückgewinnungsvorrichtung (300) gemäß der dritten Ausführungsform ist, wie in 3-1 gezeigt ist, jede Schraube (44) von der äußeren Umfangsseite des Gehäuses (41) in Richtung des inneren röhrenförmigen Elements (32) eingesetzt, wobei durch die Spitze jeder Schraube (44) auf das röhrenförmige Element (32) gedrückt wird. Da auf das röhrenförmige Element (32) gedrückt wird, wird außerdem auf das eine oder die mehreren thermoelektrischen Umsetzungsmodule (21), die sich auf der inneren Umfangsseite des röhrenförmigen Elements (32) befinden, gedrückt, so dass die thermoelektrischen Umsetzungsmodule (21) einfach in engen Kontakt mit der Wabenstruktur (10) gebracht werden.
  • 3-4 zeigt schematisch eine Beziehung zwischen dem thermoelektrischen Umsetzungsmodul (21) und den Presspunkten. Jede Schraube (44) ist bevorzugt an einer Position eingesetzt, wo auf den Schwerpunkt jedes thermoelektrischen Umsetzungsmoduls (21) gedrückt werden kann, wie in 3-4 (a) gezeigt ist. Wie außerdem in den 3-4 (b) und (c) gezeigt ist, wird bevorzugter auf jedes thermoelektrische Umsetzungsmodul (21) durch mehrere Schrauben gedrückt, wobei die Schrauben in einer liniensymmetrischen oder punktsymmetrischen Weise angeordnet sind. Die Anzahl der Schrauben, um auf jedes thermoelektrische Umsetzungsmodul (21) zu drücken, ist bevorzugt 5 oder mehr und bevorzugter 9 oder mehr.
  • Auf das röhrenförmige Element (32) kann anstelle der Schraube (44) durch eine oder mehrere Federn (45) gedrückt werden, die zwischen dem Gehäuse (41) und dem röhrenförmigen Element (32) eingefügt sind. In diesem Fall ist die bevorzugte Federanordnung ähnlich zu der der Schraube. 3-3 zeigt eine schematische Ansicht der Wärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn sie aus der Richtung orthogonal zu der axialen Richtung (Zellenerstreckungsrichtung) beobachtet wird, wenn anstelle der Schrauben Federn verwendet werden.
  • (Vierte Ausführungsform)
  • Die 4-1 und 4-2 zeigen jede eine Struktur der Wärmerückgewinnungsvorrichtung (400) gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die wirksam ist, um das eine oder die mehreren thermoelektrischen Umsetzungsmodule (21) mit einer äußeren Umfangsseitenwand (14) der Wabenstruktur (10) in engen Kontakt zu bringen. In den 4-1 und 4-2 geben die Elemente, die durch die gleichen Bezugszeichen wie jene nach den 1-1, 1-2, 2-1 und 2-2 bezeichnet sind, die gleichen Elemente an, wobei daher ihre Beschreibungen weggelassen werden.
  • Die Wärmerückgewinnungsvorrichtung (400) gemäß der vierten Ausführungsform weist ein röhrenförmiges Element (32) auf, das durch das Wickeln eines Streifenelements um die äußere Umfangsseitenfläche der Wabenstruktur (10) und das eine oder die mehreren thermoelektrischen Umsetzungsmodule (21) und bevorzugt das Wärmeübertragungselement (31) gebildet wird. Ein Paar gegenüberliegende Ränder (32a, 32b) des röhrenförmigen Elements (32) ist unter Verwendung eines oder mehrerer Befestigungselemente (46) befestigt, während eine Zugkraft in einer Richtung, in der der Abstand zwischen beiden enger wird, ausgeübt wird. Das eine oder die mehreren thermoelektrischen Umsetzungsmodule (21), die sich auf einer Innenseite des röhrenförmigen Elements (32) befinden, werden durch den Druck von dem röhrenförmigen Element (32) nach innen festgezogen, so dass das eine oder die mehreren thermoelektrischen Umsetzungsmodule (21) einfach in engen Kontakt mit der äußeren Umfangsseitenwand (14) der Wabenstruktur (10) gebracht werden.
  • Das Paar gegenüberliegender Ränder (32a, 32b) des röhrenförmigen Elements (32) kann entlang der axialen Richtung der Wabenstruktur (10) ausgebildet sein. Das Befestigungselement (46) ist nicht besonders eingeschränkt, solange wie das Befestigungselement (46) eine Struktur aufweist, die die obigen Funktionen zeigt. Es kann z. B. durch eine Schraube und eine Mutter strukturiert sein.
  • In der Wärmerückgewinnungsvorrichtung (400) gemäß der vierten Ausführungsform enthält das äußere röhrenförmige Element (43) des Gehäuses (41): eine Endkante (43a), die entlang einem Rand (32a) des röhrenförmigen Elements (32) mit der Außenseite des röhrenförmigen Elements (32) verbunden ist; und die andere Endkante (43b), die entlang der anderen Endkante (32b) des röhrenförmigen Elements (32) mit der Außenseite des röhrenförmigen Elements (32) verbunden ist. Beide Endkanten (43a, 43b) des äußeren röhrenförmigen Elements (43) können entlang der axialen Richtung der Wabenstruktur (10) ausgebildet sein. Das Verfahren zum Verbinden der Endkanten (43a, 43b) des äußeren röhrenförmigen Elements (43) mit dem röhrenförmigen Element (43) ist nicht besonders eingeschränkt, wobei aber Schweißen hinsichtlich des Verhinderns des Entweichens des zweiten Fluids, das durch das Innere des Gehäuses (41) strömt, bevorzugt ist.
  • In der Wärmerückgewinnungsvorrichtung (400) gemäß der vierten Ausführungsform sind beide Endkanten (43a, 43b) des äußeren röhrenförmigen Elements (43) nicht miteinander verbunden. Wenn die Wärmerückgewinnungsvorrichtung (100) gemäß der vierten Ausführungsform aus einer Richtung orthogonal zu der axialen Richtung (Zellenerstreckungsrichtung) beobachtet wird, erscheint deshalb das äußere röhrenförmige Element (43) als C-förmig.
  • (Fünfte Ausführungsform)
  • Die 5-1 und 5-2 zeigen jede eine Struktur einer Wärmerückgewinnungsvorrichtung (500) gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In den 5-1 und 5-2 geben die Elemente, die durch die gleichen Bezugszeichen wie jene nach den 1-1, 1-2, den 2-1 und 2-2 bezeichnet sind, die gleichen Elemente an, wobei daher ihre Beschreibungen weggelassen werden.
  • In der Wärmerückgewinnungsvorrichtung (500) gemäß der fünften Ausführungsform enthält die Wabenstruktur (10) den hohlen Abschnitt (15), der von dem Mittelabschnitt der ersten Stirnfläche (11) zu dem Mittelabschnitt der zweiten Stirnfläche (12) durchdringt, um den Strömungsweg für das erste Fluid zu bilden, und mehrere Zellen (131), die auf der äußeren Umfangsseite des hohlen Abschnitts (15) angeordnet sind, wenn sie in dem Querschnitt aus einer Richtung orthogonal zu der Zellenerstreckungsrichtung beobachtet werden (5-2).
  • Die Wärmerückgewinnungsvorrichtung (500) gemäß der fünften Ausführungsform enthält:
    • ein Führungsrohr (72), das sich von einer stromaufwärts gelegenen Seite eines Einlasses des hohlen Abschnitts (15) zu einer Nähe eines Auslasses des hohlen Abschnitts (15) erstreckt;
    • eine Ablenkplatte (71), die in der Nähe des Auslasses des hohlen Abschnitts (15) angeordnet ist;
    • eine erste Einleitungsöffnung (73) zum Führen des ersten Fluids zu einer äußeren Umfangsseite des Führungsrohrs (72), wobei die erste Einleitungsöffnung (73) in der Nähe des Auslasses des hohlen Abschnitts (15) auf einer stromaufwärts gelegenen Seite der Ablenkplatte (71) vorgesehen ist;
    • einen Rückströmungsweg (75), der zwischen einer inneren Umfangswand (76) der Wabenstruktur (10) und einer Außenseite des Führungsrohrs (72) ausgebildet ist, wobei der Rückströmungsweg (75) mit der ersten Einleitungsöffnung (73) in Verbindung steht; und
    • eine zweite Einleitungsöffnung (77) zum Verbinden des Rückströmungswegs (75) mit den Einlässen der Zellen (131) auf der Seite der ersten Stirnfläche (11).
  • Die Nähe des Auslasses des hohlen Abschnitts (15) bezieht sich auf eine stromabwärts gelegene Seite der Mitte der Wabenstruktur (10) in der axialen Richtung. Das am weitesten stromabwärts gelegene Ende des Führungsrohrs (72) ist bevorzugt in einem Bereich von 0 bis 40 % vorhanden und bevorzugter in einem Bereich von 0 bis 20 % von der zweiten Stirnfläche (12) bezüglich der gesamten axialen Länge der Wabenstruktur (10) vorhanden. Die Ablenkplatte (71) ist bevorzugt auf einer stromabwärts gelegenen Seite des am weitesten stromabwärts gelegenen Endes des Führungsrohrs (72) und einem Bereich von 0 bis 40 %, bevorzugter in einem Bereich von 0 bis 20 %, von der zweiten Stirnfläche bezüglich der gesamten axialen Länge der Wabenstruktur (10) angeordnet.
  • Es wird die Strömung des ersten Fluids in der Wärmerückgewinnungsvorrichtung (500) gemäß der fünften Ausführungsform beschrieben. Das erste Fluid ist durch das Führungsrohr (72) geführt, um in den hohlen Abschnitt (15) zu strömen. Die Strömungsrichtung des ersten Fluids wird durch die Ablenkplatte (71), die in der Nähe des Auslasses des hohlen Abschnitts (15) angeordnet ist, geändert, so dass es in die erste Einleitungsöffnung (73) strömt. Dann strömt das erste Fluid durch den Rückströmungsweg (75) von der Seite der zweiten Stirnfläche (12) der Wabenstruktur (11) in Richtung der Seite der ersten Stirnfläche (11). Weil das erste Fluid, das durch den Rückströmungsweg (75) strömt, der inneren Umfangswand (76) der Wabenstruktur (10) benachbart ist, tritt eine Wärmeübertragung von dem ersten Fluid zu der Wabenstruktur (10) auf.
  • In den Wärmerückgewinnungsvorrichtungen (100, 200) gemäß der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform besteht die Tendenz, dass die Temperatur des ersten Fluids, das durch die Wabenstruktur (10) strömt, von der ersten Stirnfläche (11) in Richtung der zweiten Stirnfläche (12) abnimmt, wie oben beschrieben worden ist. Deshalb besteht die Tendenz, dass der Betrag der Erzeugung elektrischer Leistung abnimmt, wenn es sich der zweiten Stirnfläche (12) nähert. In der Wärmerückgewinnungsvorrichtung (500) gemäß der fünften Ausführungsform tritt jedoch die Wärmeübertragung auf, während das erste Fluid von der Seite der zweiten Stirnfläche (12) in Richtung der Seite der ersten Stirnfläche (11) durch den Rückströmungsweg (75) strömt, so dass die Seite der zweiten Stirnfläche (12) der Wabenstruktur (10) leicht erwärmt werden kann. Dies kann zu einer gleichmäßigen Temperatur der Wabenstruktur (10) in der axialen Richtung führen, so dass der gesamte Wärmeaustauschwirkungsgrad der Wabenstruktur (10) verbessert werden kann.
  • Das erste Fluid strömt durch den Rückströmungsweg (75) und geht dann durch die zweite Einleitungsöffnung (77), um in die Einlässe der Zellen (131) auf der Seite der ersten Stirnfläche (11) der Wabenstruktur (10) zu strömen. Das erste Fluid, das aus den Auslässen auf der Seite der zweiten Stirnfläche (12) der Zellen (131) ausströmt, kann über eine Ablassöffnung (78) in einen Auslassraum (16) abgelassen werden, der auf der stromabwärts gelegenen Seite der Ablenkplatte (71) vorgesehen ist und von dem hohlen Abschnitt (15) isoliert ist.
  • <Wärmerückgewinnungssystem>
  • 7 zeigt ein Konfigurationsbeispiel eines Wärmerückgewinnungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Ein Wärmerückgewinnungssystem (301) gemäß dieser Ausführungsform enthält:
    • einen Weg (340) in einer Richtung für ein erstes Fluid;
    • einen Zirkulationsweg (360) für ein zweites Fluid, das eine Temperatur aufweist, die tiefer als die des ersten Fluids ist;
    • eine Wärmerückgewinnungsvorrichtung (330) gemäß der vorliegenden Erfindung, die in dem Weg (340) für das erste Fluid und dem Weg (360) für das zweite Fluid angeordnet ist; und
    • eine Batterie (320) zum Speichern der durch die Wärmerückgewinnungsvorrichtung (330) erzeugten Elektrizität.
  • Das erste Fluid (z. B. ein Abgas eines Kraftfahrzeugs) strömt von einer ersten Fluidquelle (z. B. einer Kraftmaschine) in den Einlass für das erste Fluid der Wärmerückgewinnungsvorrichtung (330), während es durch den Weg in einer Richtung (z. B. eine Abgasleitung) (340) geht. Wenn der Weg (340) in einer Richtung für das erste Fluid ein Abgasweg von der Kraftmaschine ist, ist eine Abgasreinigungsvorrichtung (350) unter Verwendung eines Katalysators bevorzugt in dem Abgasweg und auf einer stromaufwärts gelegenen Seite der Wärmerückgewinnungsvorrichtung (330) angeordnet. Obwohl die Abgasreinigungsvorrichtung (350) unter Verwendung des Katalysators auf einer stromabwärts gelegenen Seite der Wärmerückgewinnungsvorrichtung (330) angeordnet sein kann, strömt ein Abgas mit einer verringerten Temperatur in die Abgasreinigungsvorrichtung (350), was ein Risiko verursacht, dass die Katalysatorleistung nicht ausreichend gezeigt wird, was nicht bevorzugt ist.
  • Das zweite Fluid (z. B. Kühlwasser) mit einer Temperatur, die tiefer als die des ersten Fluids ist, strömt in die Einströmöffnung für das zweite Fluid der Wärmerückgewinnungsvorrichtung (330), während es durch den Zirkulationsweg (360) geht. Das zweite Fluid kann durch eine Pumpe (370), die in dem Zirkulationsweg (360) angeordnet ist, durch den Zirkulationsweg (360) zirkuliert werden. Wenn die Wärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, kann eine in der Kraftmaschine installierte Kühlwasserpumpe als die Pumpe (370) verwendet werden.
  • Innerhalb der Wärmerückgewinnungsvorrichtung (330) erzeugen die thermoelektrischen Umsetzungsmodule unter Verwendung des Temperaturunterschieds zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid Leistung. Die erzeugte Elektrizität wird über einen elektrischen Draht (380) in der Batterie (320) gespeichert. Innerhalb der Wärmerückgewinnungsvorrichtung (330) strömt das zweite Fluid, das die Wärme durch den Wärmeaustausch von dem ersten Fluid empfangen hat, von dem Auslass für das zweite Fluid der Wärmerückgewinnungsvorrichtung (330) aus, um durch den Zirkulationsweg (360) zu strömen. Es ist hinsichtlich des Verbesserns einer Wärmerückgewinnungsrate bevorzugter, dass die Wärme, die das zweite Fluid empfangen hat, durch eine Vorrichtung zum Empfangen von Wärme (310a, 310b) zurückgewonnen wird. Wenn die Vorrichtung zum Empfangen von Wärme (310a, 310b) vorgesehen ist, wird das zweite Fluid abermals durch den Zirkulationsweg (360) zu der Wärmerückgewinnungsvorrichtung (330) zurückgeführt, nachdem es durch die Vorrichtungen zum Empfangen von Wärme (310a, 310b) von dem zweiten Fluid gekühlt worden ist. Das erste Fluid, das aus dem Auslass für das erste Fluid der Wärmerückgewinnungsvorrichtung (330) ausströmt, geht durch den Weg in einer Richtung und wird zum nächsten Schritt geschickt. Wenn das erste Fluid z. B. ein Abgas von einem Kraftfahrzeug ist, wird das erste Fluid nach dem Verringern des Auspuffgeräuschs durch einen Schalldämpfer zur Atmosphäre abgegeben.
  • Die Vorrichtungen zum Empfangen von Wärme von dem zweiten Fluid enthalten einen Kühler und eine Kraftmaschine, sind aber nicht besonders darauf eingeschränkt. Insbesondere wird ein Fall, in dem das zweite Fluid das Kraftmaschinenkühlwasser ist und die Vorrichtung zum Empfangen der Wärme von dem zweiten Fluid eine Kraftmaschine und ein Kühler ist, im Folgenden bezüglich 7 beschrieben. Im Allgemeinen ist der Zirkulationsweg so ausgebildet, dass das Kühlwasser zwischen einer Kraftmaschine (310b) und einem Kühler (310a) zirkuliert. In dem Zirkulationsweg ist ein Thermostat (390) installiert. Wenn die Kraftmaschine (310b) kalt ist und die Temperatur des Kühlwassers tief ist, wie z. B. zum Zeitpunkt des Startens, ist der Thermostat geschlossen und zirkuliert das Kühlwasser innerhalb der Kraftmaschine (310b) (genauer in einem in der Kraftmaschine vorgesehenen Wassermantel) zum Erwärmen der Kraftmaschine. Wenn die Temperatur des Kühlwassers eine erhöhte Temperatur bis zu einer vorgegebenen Ventilöffnungstemperatur erreicht, wird der Thermostat (390) geöffnet, wobei das Kühlwasser beginnt, zwischen der Kraftmaschine (310b) und dem Kühler (310a) zu zirkulieren.
  • Die Situation, in der der Thermostat zum Zeitpunkt des Startens der Kraftmaschine geschlossen ist, bedeutet, dass die Kraftmaschine kalt ist und ein Erwärmen erfordert. Gemäß der Ausführungsform enthält der Zirkulationsweg für das zweite Fluid einen Weg, in dem ein Teil des zweiten Fluids (Kühlwassers), das in der Kraftmaschine (310b) zirkuliert, abgezweigt und entnommen wird, durch die Wärmerückgewinnungsvorrichtung (330) geht und dann abermals zur Kraftmaschine (310b) zurückkehrt, wie in 7 gezeigt ist. Dies kann die Verwendung der durch die Wärmerückgewinnungsvorrichtung (330) zurückgewonnen Wärme ermöglichen, um die Kraftmaschine zu erwärmen. Das heißt, in dieser Situation ist die Kraftmaschine (310b) die Vorrichtung zum Empfangen der Wärme von dem zweiten Fluid. Deshalb kann gemäß dem Wärmerückgewinnungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform zum Zeitpunkt des Startens der Kraftmaschine Leistung durch thermoelektrische Umsetzung erzeugt werden, wobei die durch das zweite Fluid zurückgewonnene Wärme zum Erwärmen der Kraftmaschine (310b) verwendet werden kann, was weiter zur Verbesserung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit beiträgt.
  • Andererseits kann in einer Situation, in der die Temperatur der Kraftmaschine (310b) erhöht ist und das Kühlwasser (zweite Fluid) zwischen dem Kühler (310a) und der Kraftmaschine (310b) zirkuliert, die durch das zweite Fluid zurückgewonnene Wärme nicht zum Erwärmen der Kraftmaschine (310b) verwendet werden. Gemäß der Ausführungsform enthält jedoch der Zirkulationsweg für das zweite Fluid einen Weg, in dem das zweite Fluid, das aus der Wärmerückgewinnungsvorrichtung (330) ausströmt, durch den Kühler (310a) geht und dann abermals zurück zur Wärmerückgewinnungsvorrichtung (330) zurückkehrt, wie in 7 gezeigt ist. Im Ergebnis wird die durch das zweite Fluid in der Wärmerückgewinnungsvorrichtung (330) zurückgewonnene Wärme durch den Kühler (310a) abgeführt, um das zweite Fluid zu kühlen, wobei dann die Wärme abermals zur thermoelektrischen Umsetzung durch die Wärmerückgewinnungsvorrichtung (330) verwendet werden kann. Das heißt, in dieser Situation ist der Kühler (310a) die Vorrichtung zum Empfangen von Wärme von dem zweiten Fluid.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Wabenstruktur
    11
    erste Stirnfläche
    12
    zweite Stirnfläche
    14
    äußere Umfangsseitenwand
    15
    hohler Abschnitt
    16
    Auslassraum
    21
    thermoelektrisches Umsetzungsmodul
    22
    elektrischer Draht
    31
    Wärmeübertragungselement
    32
    röhrenförmiges Element
    32a
    eine Endkante des röhrenförmigen Elements
    32b
    die andere Endkante des röhrenförmigen Elements
    38
    elektrischer Draht
    41
    Gehäuse
    42
    Strömungsweg für das zweite Fluid
    43
    äußeres röhrenförmiges Element
    43a
    eine Endkante des äußeren röhrenförmigen Elements
    43b
    die andere Endkante des äußeren röhrenförmigen Elements
    44
    Schraube
    45
    Feder
    46
    Befestigungselement
    51
    Einströmöffnung für das zweite Fluid
    52
    Einlassleitung für das zweite Fluid
    53
    Ausströmöffnung für das zweite Fluid
    54
    Auslassleitung für das zweite Fluid
    60
    Weg für das erste Fluid
    61
    Durchflussmengen-Steuerventil (Schmetterlingsventil)
    62
    Verzweigungsweg
    63
    durch die Zellen gehender Weg
    64
    durch den hohlen Abschnitt gehender Weg
    66
    Wand
    71
    Ablenkplatte
    72
    Führungsrohr
    73
    erste Einleitungsöffnung
    75
    Rückströmungsweg
    76
    innere Umfangswand
    77
    zweite Einleitungsöffnung
    78
    Ausströmöffnung
    100
    Wärmerückgewinnungsvorrichtung
    131
    Zelle
    132
    Trennwand
    200
    Wärmerückgewinnungsvorrichtung
    300
    Wärmerückgewinnungsvorrichtung
    301
    Wärmerückgewinnungssystem
    310a
    Vorrichtung zum Empfangen von Wärme von dem zweiten Fluid (Kühler)
    310b
    Vorrichtung zum Empfangen von Wärme von dem zweiten Fluid (Kraftmaschine)
    320
    Batterie
    330
    Wärmerückgewinnungsvorrichtung
    340
    Weg in einer Richtung für das erste Fluid
    360
    Zirkulationsweg für das zweite Fluid
    370
    Pumpe
    380
    elektrischer Draht
    390
    Thermostat
    400
    Wärmerückgewinnungsvorrichtung
    500
    Wärmerückgewinnungsvorrichtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
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Claims (20)

  1. Wärmerückgewinnungsvorrichtung, die umfasst: eine säulenförmige Wabenstruktur, die umfasst: eine äußere Umfangsseitenwand, die eine oder mehrere ebene äußere Umfangsseitenflächen aufweist; und mehrere Trennwände, die auf einer Innenseite der äußeren Umfangsseitenwand angeordnet sind, wobei die Trennwände mehrere Zellen definieren, wobei die Zellen von einer ersten Stirnfläche zu einer zweiten Stirnfläche durchdringen, um einen Strömungsweg für ein erstes Fluid zu bilden; ein oder mehrere thermoelektrische Umsetzungsmodule, die angeordnet sind, so dass sie der einen oder den mehreren ebenen äußeren Umfangsseitenflächen zugewandt sind; ein röhrenförmiges Element, das die äußeren Umfangsseitenflächen der Wabenstruktur und das eine oder die mehreren thermoelektrischen Umsetzungsmodule umlaufend bedeckt; und ein Gehäuse, das das röhrenförmige Element umlaufend bedeckt; wobei die Trennwände hauptsächlich aus Keramik konfiguriert sind; und wobei das Gehäuse eine Einströmöffnung und eine Ausströmöffnung für ein zweites Fluid, das eine Temperatur aufweist, die tiefer als die des ersten Fluids ist, aufweist und ein Strömungsweg für das zweite Fluid zwischen einer Innenseite des Gehäuses und einer Außenseite des röhrenförmigen Elements um das röhrenförmige Element umlaufend ausgebildet ist.
  2. Wärmerückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Wärmerückgewinnungsvorrichtung ein Wärmeübertragungselement umfasst, das zwischen dem einen oder den mehreren thermoelektrischen Umsetzungsmodulen und dem röhrenförmigen Element angeordnet ist.
  3. Wärmerückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei eine innere Umfangsseitenfläche des röhrenförmigen Elements an eine äußere Umfangsseitenfläche des Wärmeübertragungselements angepasst ist.
  4. Wärmerückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei eine gesamte äußere Umfangsseitenfläche des Wärmeübertragungselements eine zylindrische Oberfläche als Ganzes bildet.
  5. Wärmerückgewinnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Wärmerückgewinnungsvorrichtung eine Substanz umfasst, die zwischen dem einen oder den mehreren thermoelektrischen Umsetzungsmodulen und dem Wärmeübertragungselement eingefügt ist, wobei die Substanz den thermischen Kontaktwiderstand zwischen beiden verringert.
  6. Wärmerückgewinnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Wärmerückgewinnungsvorrichtung eine Substanz umfasst, die zwischen dem einen oder den mehreren thermoelektrischen Umsetzungsmodulen und der äußeren Umfangsseitenfläche der äußeren Umfangsseitenwand eingefügt ist, wobei die Substanz den thermischen Kontaktwiderstand zwischen beiden verringert.
  7. Wärmerückgewinnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Wabenstruktur einen hohlen Abschnitt umfasst, der von einem Mittelabschnitt der ersten Stirnfläche zu einem Mittelabschnitt der zweiten Stirnfläche durchdringt, um einen Strömungsweg für das erste Fluid zu bilden, wobei die Wabenstruktur die Zellen auf einer äußeren Umfangsseite des hohlen Abschnitts aufweist.
  8. Wärmerückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Wärmerückgewinnungsvorrichtung einen Verzweigungsweg zum Verzweigen eines Wegs für das erste Fluid, das durch die Wabenstruktur geht, in einen Weg, der durch den hohlen Abschnitt geht, und einen Weg, der durch die Zellen geht, umfasst.
  9. Wärmerückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Wärmerückgewinnungsvorrichtung einen Mechanismus umfasst, der ein Durchflussmengenverhältnis des ersten Fluids, das durch den hohlen Abschnitt geht, und des ersten Fluids, das durch die Zellen geht, einstellen kann.
  10. Wärmerückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 7, die umfasst: ein Führungsrohr, das sich von einer stromaufwärts gelegenen Seite eines Einlasses des hohlen Abschnitts zu einer Nähe eines Auslasses des hohlen Abschnitts erstreckt; eine Ablenkplatte, die in der Nähe des Auslasses des hohlen Abschnitts angeordnet ist; eine erste Einleitungsöffnung zum Führen des ersten Fluids zu einer äußeren Umfangsseite des Führungsrohrs, wobei die erste Einleitungsöffnung in der Nähe des Auslasses des hohlen Abschnitts auf einer stromaufwärts gelegenen Seite der Ablenkplatte vorgesehen ist; einen Rückströmungsweg, der zwischen einer inneren Umfangswand der Wabenstruktur und einer Außenfläche des Führungsrohrs ausgebildet ist, wobei der Rückströmungsweg mit der ersten Einleitungsöffnung in Verbindung steht; und eine zweite Einleitungsöffnung zum Verbinden des Rückströmungsweges mit den Einlässen der Zellen auf der Seite der ersten Stirnfläche.
  11. Wärmerückgewinnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das erste Fluid ein Abgas von einer Brennkraftmaschine oder einer Verbrennungsvorrichtung ist.
  12. Wärmerückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei das erste Fluid ein Abgas von einer Kraftmaschine eines Kraftfahrzeugs ist.
  13. Wärmerückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei das zweite Fluid das Kühlwasser ist, das zwischen der Kraftmaschine und der Wärmerückgewinnungsvorrichtung zirkuliert.
  14. Wärmerückgewinnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei auf das röhrenförmige Element durch eine oder mehrere Schrauben, die von einer äußeren Umfangsseite des Gehäuses eingesetzt sind, oder durch eine oder mehrere Federn, die zwischen dem Gehäuse und dem röhrenförmigen Element angeordnet sind, gedrückt wird.
  15. Wärmerückgewinnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das röhrenförmige Element durch das Wickeln eines Streifenelements um die äußere Umfangsseitenfläche der Wabenstruktur und das eine oder die mehreren thermoelektrischen Umsetzungsmodule ausgebildet ist.
  16. Wärmerückgewinnungssystem, das umfasst: einen Weg in einer Richtung für ein erstes Fluid; einen Zirkulationsweg für ein zweites Fluid, das eine Temperatur aufweist, die tiefer als die des ersten Fluids ist; eine Wärmerückgewinnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, die in dem Weg für das erste Fluid und dem Weg für das zweite Fluid angeordnet ist; und eine Batterie zum Speichern der durch die Wärmerückgewinnungsvorrichtung erzeugten Elektrizität.
  17. Wärmerückgewinnungssystem nach Anspruch 16, das ferner wenigstens eine Vorrichtung zum Empfangen der Wärme von dem zweiten Fluid, das aus der Ausströmöffnung für das zweite Fluid der Wärmerückgewinnungsvorrichtung strömt, umfasst, wobei die Vorrichtung zum Empfangen der Wärme in dem Weg für das zweite Fluid angeordnet ist.
  18. Wärmerückgewinnungssystem nach Anspruch 17, wobei die Vorrichtung zum Empfangen der Wärme von dem zweiten Fluid ein Kühler ist.
  19. Wärmerückgewinnungssystem nach Anspruch 17 oder 18, wobei das zweite Fluid das Kühlwasser für eine Kraftmaschine ist und die Vorrichtung zum Empfangen der Wärme von dem zweiten Fluid eine Kraftmaschine ist.
  20. Wärmerückgewinnungssystem nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei der Weg für das erste Fluid ein Abgasweg von der Kraftmaschine ist und eine Abgasreinigungsvorrichtung unter Verwendung eines Katalysators in dem Abgasweg und auf einer stromaufwärts gelegenen Seite der Wärmerückgewinnungsvorrichtung angeordnet ist.
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