DE102005005078A1 - Thermoelektrischer Generator für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Es ist ein thermoelektrischer Generator (20) offenbart, der die Größe eines gesamten Abgasgerätes für eine Brennkraftmaschine (11) reduziert, wobei sichergestellt wird, dass die Menge an elektrischer Energie, die durch ein thermoelektrisches Generatorelement (41) erzeugt wird, und der Reinigungseffekt einer Katalysatorvorrichtung (30) sichergestellt werden. Der thermoelektrische Generator (20) enthält eine Katalysatorvorrichtung (30), die in dem Abgaskanal (17) zum Zwecke der Reinigung des Abgases angeordnet ist. Ein thermoelektrisches Generatorelement (41), welches an der Katalysatorvorrichtung angeordnet ist, wnadelt thermische Energie des Abgases, welches durch den Abgaskanal hindurch strömt, in elektrische Energie um. Das thermoelektrische Generatorelement ist an einem stromabwärtigen Abschnitt der Katalysatorvorrichtung in Bezug auf die Strömung des Abgases angeordnet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen thermoelektrischen Generator und spezieller einen thermoelektrischen Generator zum Umsetzen von thermischer Energie des Abgases einer Brennkraftmaschine in elektrische Energie.
  • Die Erzeugung von elektrischer Energie, wobei ein thermoelektrisches Generierungselement verwendet wird, welches thermische Energie in elektrische Energie umwandelt, ist aus dem Stand der Technik bekannt. Das thermoelektrische Generatorelement macht Gebrauch von einem Seeback-Effekt, bei dem eine Temperaturdifferenz zwischen zwei Enden (einem Hochtemperaturabschnitt und einem Niedrigtemperaturabschnitt) eines Metalls oder eines Halbleiterteiles eine Potenzialdifferenz zwischen dem Hochtemperaturabschnitt und dem Niedrigtemperaturabschnitt des Metalls oder des Halbleiterteiles erzeugt. Eine größere Temperaturdifferenz erhöht die elektrische Energie, die durch das thermoelektrische Generatorelement erzeugt wird.
  • 1 zeigt ein Beispiel einer Konstruktion eines thermoelektrischen Generatorelements. Wie in 1 gezeigt ist, enthält das thermoelektrische Generatorelement n-leitende und p-leitende Halbleiter. Jeder n-leitende Halbleiter besitzt einen Hochtemperaturabschnitt, der als ein positiver Pol funktioniert, und einen Niedrigtemperaturabschnitt, der als ein negativer Pol funktioniert. Um eine große Menge an elektrischer Energie zu erzeugen, sind die n-leitenden und die p-leitenden Halbleiter abwechselnd in Reihe geschaltet, um einen Elektrodenmodul zu bilden.
  • Die offengelegte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2000-297632 beschreibt ein Beispiel einer Anwendung solch eines thermoelektrischen Generatorelements. Spezifischer ausgedrückt, ist eine Katalysatorvorrichtung (eine Vorrichtung, die einen Träger enthält, welcher einen Katalysator zum Reinigen des Abgases trägt) in einem Abgaskanal für eine Brennkraftmaschine angeordnet. Der thermoelektrische Generator ist stromaufwärts von der Katalysatorvorrichtung angeordnet, um die thermische Energie des Abgases in elektrische Energie umzuwandeln. Jedoch absorbiert der thermoelektrische Generator Wärme aus dem Abgas. Dies stellt einen Nachteil dar, da sich die Katalysatorvorrichtung erwärmen muss, wobei die inaktive Periode des Katalysators verlängert wird. Um dieses Problem zu beseitigen, funktioniert der thermoelektrische Generator als eine Heizvorrichtung, die das Abgas aufheizt, und zwar mit Hilfe von elektrischer Energie, wenn der Katalysator inaktiv ist, wie dies in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2000-297632 offenbart ist.
  • Wenn jedoch der thermoelektrische Generator als eine Heizvorrichtung arbeitet, wird die thermische Energie des Abgases nicht in elektrische Energie umgewandelt. Dies reduziert den Betrag der erzeugten Energie. Um mit diesem Problem fertig zu werden, wurde ein weiterer thermoelektrischer Generator stromabwärts von der Katalysatorvorrichtung angeordnet, wie in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2000-297632 beschrieben ist. Der weitere thermoelektrische Generator wird konstant dazu verwendet, um Energie bzw. Strom zu erzeugen. Jedoch vergrößert solch eine Konstruktion das gesamte Abgasgerät.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung schafft einen thermoelektrischen Generator, bei dem die Größe eines Abgasgerätes für eine Brennkraftmaschine reduziert werden kann und wobei sichergestellt wird, dass die Energieerzeugungsmenge oder Stromerzeugungsmenge eines thermoelektrischen Generatorelements und die Reinigungswirkung einer Katalysatorvorrichtung sichergestellt werden.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung richtet sich auf einen thermoelektrischen Generator für die Verwendung bei einer Brennkraftmaschine, der an einen Abgaskanal angeschlossen ist. Der Generator enthält eine Katalysatorvorrichtung, die in dem Abgaskanal angeordnet ist, um das Abgas zu reinigen. Das thermoelektrische Generatorelement, welches an der Katalysatorvorrichtung angeordnet ist, wandelt thermische Energie des Abgases, welches durch den Abgaskanal strömt, in elektrische Energie um. Das thermoelektrische Generatorelement ist wenigstens an einem stromabwärtigen Abschnitt der Katalysatorvorrichtung in Bezug auf die Strömung des Abgases angeordnet.
  • Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung richtet sich auf einen thermoelektrischen Generator für die Verwendung mit einer Brennkraftmaschine, der an einen Abgaskanal angeschlossen ist. Der Generator besitzt eine Katalysatorvorrichtung, die in dem Abgaskanal angeordnet ist, und enthält einen ersten Abschnitt, in welchem die Temperatur relativ hoch ist, wenn Abgas durch die Katalysatorvorrichtung strömt, und enthält einen zweiten Abschnitt, in welchem die Temperatur relativ niedrig ist, wenn das Abgas durch die Katalysatorvorrichtung strömt. Das thermoelektrische Generatorelement, welches an der Katalysatorvorrichtung angeordnet ist, dient der Umwandlung von thermischer Energie des Abgases, welches durch den Abgaskanal hindurch strömt, in elektrische Energie. Das thermoelektrische Generatorelement ist an dem ersten Abschnitt angeordnet.
  • Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich klarer aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, die anhand eines Beispiels die Prinzipien der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung kann zusammen mit den Zielen und Vorteilen derselben am besten anhand der folgenden Beschreibung momentan bevorzugter Ausführungsformen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen verstanden werden, in welchen zeigen:
  • 1 ein schematisches Diagramm, welches die Konstruktion eines thermoelektrischen Generatorelements zeigt;
  • 2 ein schematisches Diagramm, welches ein Abgassystem eines Fahrzeugs veranschaulicht, in welchem ein thermoelektrischer Generator inkorporiert ist, entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3 eine Teil-Querschnittsdarstellung, welche den thermoelektrischen Generator von 2 veranschaulicht;
  • 4 eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV in 3;
  • 5 ein Diagramm, welches die Temperaturverteilung in einem Katalysatorträger und einem Kühlmittel zeigt; und
  • 6 eine Teil-Querschnittsdarstellung, die einen thermoelektrischen Generator gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wiedergibt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
  • AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • In den Zeichnungen sind gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Elemente durchgehend verwendet.
  • Der thermoelektrische Generator 20 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Hinweis auf die 2 bis 5 erläutert.
  • 2 zeigt schematisch ein Abgassystem 12 eines Fahrzeugs 1, in welchem der thermoelektrische Generator 20 eingebaut ist.
  • Wie in 2 gezeigt ist, enthält das Abgassystem 12 einen Abgaskanal 17. Von der stromaufwärtigen Seite in Bezug auf die Strömung des Abgases enthält der Abgaskanal 17 einen Abgasverteiler 13, einen thermoelektrischen Generator 20, eine zweite Katalysatorvorrichtung 14 und einen Schalldämpfer 16. In dem Abgassystem 12 strömt das Abgas, welches von einer Brennkraftmaschine 11 ausgestoßen wird, durch den Abgasverteiler 13, den thermoelektrischen Generator 20, den Schalldämpfer 16, um dann in die Atmosphäre ausgetragen zu werden.
  • Der thermoelektrische Generator 20 wird nun unter Hinweis auf die 3 bis 5 erläutert.
  • 3 zeigt eine Teil-Querschnittsansicht, welche den thermoelektrischen Generator 20 wiedergibt. Wie in 3 dargestellt ist, enthält der thermoelektrische Generator 20 eine erste Katalysatorvorrichtung 30 und einen thermoelektrischen Generatorstapel 40.
  • Die erste Katalysatorvorrichtung 30 enthält einen zylinderförmigen Katalysatorträger 31 und ein Gehäuse 32, welches den Katalysatorträger 31 aufnimmt. Der Katalysatorträger 31 trägt einen Katalysator. Wenn der Katalysator eine vorbestimmte Aktivierungstemperatur erreicht, reinigt der Katalysator die Abgaskomponenten, wie beispielsweise Kohlenwasserstoff (HC), Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxide (NOx). Im Vergleich mit der zweiten Katalysatorvorrichtung 14 trägt die erste Katalysatorvorrichtung 30 einen größeren Katalysator und besitzt auch eine höhere Abgasreinigungskapazität. Das Gehäuse 32 ist aus einem Material mit einer relativ hohen thermischen Leitfähigkeit hergestellt und besitzt auch eine relativ hohe Antikorrosionseigenschaft (z. B. rostfreier Stahl). Das Gehäuse 32 besitzt offene Enden. Ein stromaufwärtiger Flansch 33 ist mit dem Abgasverteiler 13 verbunden und ist an einem Ende des Gehäuses 32 angeordnet. Ein stromabwärtiger Flansch 34 ist mit dem Abgaskanal 17 verbunden und ist an dem anderen Ende des Gehäuses 32 angeordnet.
  • Der thermoelektrische Generatorstapel 40 enthält eine Vielzahl an thermoelektrischen Generatorelementen 41 und einen Kühlmechanismus 42. Jedes thermoelektrische Generatorelement 41 hat die gleiche Struktur wie das thermoelektrische Generatorelement, welches in 1 gezeigt ist. Jedes thermoelektrische Generatorelement 41 besitzt eine Elektrode, die an jeder von zwei sich gegenüber liegenden Flächen angeordnet ist. Eine Isolationsschicht 41a, welche eine hohe thermische Leitfähigkeit hat, ist auf jeder der zwei Elektroden aufgebracht. Die thermoelektrischen Generatorelemente 41 sind auf der peripheren Fläche der ersten Katalysatorvorrichtung 30 entlang der axialen Richtung der ersten Katalysatorvorrichtung 30 angeordnet oder in der Strömungsrichtung des Abgases. Die Oberfläche von jedem thermoelektrischen Generatorelement 41, die der ersten Katalysatorvorrichtung 30 gegenüber liegt (im Folgenden als Oberfläche H bezeichnet), besteht aus einer Hochtemperaturfläche.
  • Der Kühlmechanismus 42 ist an der Fläche von jedem thermoelektrischen Generatorelement 41 angeordnet, die der Fläche H gegenüber liegt. Es wird Kühlmittel, welches aus einem Kühlmedium besteht, in den Kühlmechanismus 42 eingesogen. Von der stromaufwärtigen Seite in Bezug auf die Strömungsrichtung des Kühlmittels enthält der Kühlmechanismus 42 ein Einlassrohr 43, einen ersten Sammelabschnitt 44, Verteilerrohre 45, Kühlabschnitte 46, einen zweiten Sammelabschnitt 47 und ein Austragrohr 48.
  • Der erste Sammelabschnitt 44 und der zweite Sammelabschnitt 47 bestehen aus ringförmigen Rohren, die außerhalb der peripheren Fläche des Gehäuses 32 angeordnet sind. Der zweite Sammelabschnitt 47 ist stromaufwärts von dem ersten Sammelabschnitt 44 in Bezug auf die Abgasströmungsrichtung angeordnet. Die Verteilerrohre 45, die sich in der axialen Richtung der ersten Katalysatorvorrichtung 30 erstrecken, verbinden den ersten Sammelabschnitt 44 mit dem zweiten Sammelabschnitt 47.
  • Jedes Verteilerrohr 45 enthält Kühlabschnitte 46, welche die zugeordneten thermoelektrischen Generatorelemente 41 kühlen. Die Oberfläche von jedem thermoelektrischen Generatorelement 41, welche den zugeordneten Kühlabschnitt 46 kontaktiert (im Folgenden als Oberfläche C bezeichnet), ist eine Niedrigtemperaturfläche. Es wird Kühlmittel in jedem Kühlabschnitt 46 über das zugeordnete Verteilerrohr 45 angesaugt.
  • Das Einlassrohr 43 ist mit dem ersten Sammelabschnitt 44 verbunden. Es wird Kühlmittel in den ersten Sammelabschnitt 44 über das Einlassrohr 43 angesaugt. Das Austragrohr 48 ist mit dem zweiten Sammelabschnitt 47 verbunden. Kühlmittel wird in ein Kühlsystem von dem zweiten Sammelabschnitt 47 über das Austragrohr 48 ausgetragen.
  • Die thermoelektrischen Generatorelemente 41 oder der thermoelektrische Generatorstapel 40 sind an der peripheren Fläche der ersten Katalysatorvorrichtung 30 auf der stromabwärtigen Seite in Bezug auf die Abgasströmungsrichtung angeordnet.
  • 4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV in 3. Wie in 4 gezeigt ist, ist der Katalysatorträger 31 in das Gehäuse 32 eingesetzt. Das Gehäuse 32 ist in eine oktagonale Hülse 35 eingesetzt. Die Hülse 35 besteht aus einem Material mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit, wie beispielsweise aus Aluminium oder Kupfer. Die Hülse 35 besitzt eine Umfangsfläche mit acht flachen Ebenen, die sich in der longitudinalen Richtung des Gehäuses 32 erstrecken.
  • Die thermoelektrischen Generatorelemente 41 sind in Berührung mit der peripheren Fläche der Hülse 35 angeordnet. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind zwei thermoelektrische Generatorelemente 41 auf jeder der acht flachen Ebenen der Hülse 35 angeordnet. Es sind somit insgesamt 16(8 × 2) thermoelektrische Generatorelemente 41 auf der peripheren Oberfläche der Hülse 35 angeordnet. Ferner sind die thermoelektrischen Generatorelemente 41 in gleichen Winkelintervallen (45°) angeordnet.
  • In jedem thermoelektrischen Generatorelement 41 steht die Oberfläche C in Kontakt mit dem zugeordneten Kühlabschnitt 46. Ferner sind gemäß der Darstellung in 4 eine Vielzahl von Wärmeabstrahlflossen oder Rippen 49 in jedem Kühlabschnitt 46 ausgebildet.
  • Eine Belleville-Feder 50 und eine Dichtungsscheibe 51 sind auf der Oberfläche von jedem Kühlabschnitt 46 gegenüber der Oberfläche angeordnet, welche das zugeordnete thermoelektrische Generatorelement 41 kontaktiert. Ein Band 52 fixiert jeden Kühlabschnitt 46 mit dem zugeordneten thermoelektrischen Generatorelement 41 mit Hilfe der entsprechenden Belleville-Feder 50 und Unterlegscheibe 51.
  • Wenn das Abgas von der Brennkraftmaschine 11 in die erste Katalysatorvorrichtung 30 strömt, erhitzt das Abgas die erste Katalysatorvorrichtung 30, das heißt, es wird die Aktivierung des Katalysators erhöht, der durch den Katalysatorträger 31 getragen wird. Wenn die Temperatur des Katalysators eine vorbestimmte Aktivierungstemperatur erreicht hat, reinigt der Katalysator das Abgas. Dann strömt das gereinigte Abgas in den Abgaskanal 17.
  • Die Temperatur des Abgases hebt die Temperatur der ersten Katalysatorvorrichtung 30 an. Es wird daher in jedem thermoelektrischen Generatorelement 41 die Temperatur der Oberfläche H, welche die periphere Fläche der ersten Katalysatorvorrichtung 30 kontaktiert, hoch. Umgekehrt kühlt in jedem thermoelektrischen Generatorelement 41 das Kühlmittel die Oberfläche C, die den zugeordneten Kühlabschnitt 46 kontaktiert. Daher wird die Temperatur der Oberfläche C niedrig. Eine Erhöhung der Temperaturdifferenz zwischen der Oberfläche H und der Oberfläche C von jedem thermoelektrischen Generatorelement 41 erzeugt auf diese Weise Potenzialdifferenz in dem thermoelektrischen Generatorelement 41 und generiert elektrischen Strom.
  • Die Aktivierung des Katalysators generiert eine chemische Reaktionswärme. Demzufolge empfängt die erste Katalysatorvorrichtung 30 die Wärme des Abgases und die chemische Reaktionswärme. Dies erhöht dann weiter die Temperatur der ersten Katalysatorvorrichtung 30. Als ein Ergebnis wird die Temperatur der Hochtemperaturoberfläche H in jedem thermoelektrischen Generatorelement 41 weiter angehoben. Das heißt, die Anordnung der thermoelektrischen Generatorelemente 41 an der ersten Kata lysatorvorrichtung 30 erhöht weiter die Temperaturdifferenz zwischen der Hochtemperaturoberfläche H und der Niedrigtemperaturoberfläche C des thermoelektrischen Generatorelements 41, wodurch der Betrag der erzeugten elektrischen Energie vergrößert wird.
  • Die thermoelektrischen Generatorelemente 41 oder der thermoelektrische Generatorstapel 40 sind an der peripheren Oberfläche der ersten Katalysatorvorrichtung 30 auf der stromabwärtigen Seite in Bezug auf die Abgasströmungsrichtung angeordnet. Daher behindert an den Abschnitten entsprechend der stromaufwärtigen Seite des Abgases in der ersten Katalysatorvorrichtung 30 die erste Katalysatorvorrichtung 30 nicht das Erwärmen oder Aufheizen der ersten Katalysatorvorrichtung 30. Demzufolge wird die stromaufwärtige Seite der ersten Katalysatorvorrichtung 30 in Bezug auf die Abgasströmung in ausreichender Weise erhitzt. Dies sichert eine ausreichende Erhitzung der ersten Katalysatorvorrichtung 30.
  • Auf diese Weise beeinflussen die thermoelektrischen Generatorelemente 41 nicht die Temperaturerhöhung der ersten Katalysatorvorrichtung 30 in einer unerwünschten Weise. Bei der thermoelektrischen Generatorvorrichtung nach dem Stand der Technik, wie sie oben beschrieben wurde, kann das thermoelektrische Generatorelement als eine Heizvorrichtung verwendet werden. Jedoch werden bei der bevorzugten Ausführungsform die thermoelektrischen Generatorelemente 41 konstant dazu verwendet, um elektrische Energie zu erzeugen. Dies stellt sicher, dass die thermoelektrischen Generatorelemente 41 einen ausreichenden Betrag an elektrischer Energie erzeugen.
  • Bei der bevorzugten Ausführungsform ist das thermoelektrische Generatorelement 41 (der thermoelektrische Generatorstapel 40) an der peripheren Oberfläche der ersten Katalysatorvorrichtung 30 angeordnet. Es sind somit die erste Katalysatorvorrichtung 30 und die thermoelektrischen Generatorelemente 41 zusammenhängend bzw. integral ausgebildet. Dies reduziert die Größe des gesamten Abgasgerätes für eine Brennkraftmaschine im Vergleich zu einer Situation, wenn eine Katalysatorvorrichtung und ein thermoelektrischer Generator getrennt in einem Abgaskanal angeordnet sind.
  • Der Kühlmechanismus 42 ist auf der Oberfläche C von jedem der thermoelektrischen Generatorelement 41 angeordnet. Dies erhöht die Temperaturdifferenz zwischen der Hochtemperaturoberfläche H und der Niedrigtemperaturoberfläche C des thermoelektrischen Generatorelements 41 und erhöht weiter die Menge an elektrischer Energie, die durch das thermoelektrische Generatorelement 41 erzeugt wird.
  • Wie oben beschrieben wurde, wird auch chemische Reaktionswärme erzeugt, wenn der Katalysator aktiviert ist. In solch einem Zustand ist die Temperaturverteilung der ersten Katalysatorvorrichtung 30 (des Katalysatorträgers 31) nicht einheitlich. Wie in 5 gezeigt ist, liegt die Temperatur der ersten Katalysatorvorrichtung 30 zur stromabwärtigen Seite in Bezug auf die Strömung des Abgases höher. Das Kühlmittel absorbiert Wärme von der ersten Katalysatorvorrichtung 30, wenn es durch den Kühlmechanismus 42 hindurch strömt. Daher ist die Temperatur des Kühlmittels zur stromabwärtigen Seite in Bezug auf die Kühlmittelströmung höher. Daher ist auch die Temperaturdifferenz zwischen der Hochtemperaturoberfläche H und der Niedrigtemperaturoberfläche C des thermoelektrischen Generatorelements 41 größer, wenn das Kühlmittel und die Abgasströmung in entgegengesetzten Richtungen verlaufen und mehr elektrische Energie erzeugen, in Einklang mit der bevorzugten Ausführungsform, und zwar im Vergleich mit dem Kühlmittel des Kühlmechanismus 42, welches in der gleichen Richtung wie das Abgas strömt.
  • Der thermoelektrische Generator 20 der bevorzugten Ausführungsform besitzt die folgenden Vorteile:
    • (1) Der thermoelektrische Generator 20 enthält eine erste Katalysatorvorrichtung 30 und thermoelektrische Generatorelemente 41, die integral miteinander angeordnet sind. Demzufolge wird die Größe des gesamten Abgasgerätes für die Brennkraftmaschine 11 reduziert, und zwar im Vergleich mit einem Fall, bei dem die Katalysatorvorrichtung und der thermoelektrische Generator in dem Abgaskanal 17 getrennt angeordnet sind.
    • (2) Es wird chemische Reaktionswärme erzeugt, wenn der Katalysator aktiviert ist. Somit ist die Erhöhung in der Temperatur der ersten Katalysatorvorrichtung 30 größer als die Temperaturerhöhung, die durch die Abgaswärme erzeugt wird. Da jedes thermoelektrische Generatorelement 41 in solch einer ersten Katalysatorvorrichtung 30 angeordnet ist, wird die Temperatur der Hochtemperaturoberfläche H in jedem thermoelektrischen Generatorelement 41 weiter erhöht. Dies erhöht die Temperaturdifferenz zwischen der Hochtemperaturoberfläche H und der Niedrigtemperaturoberfläche C und erhöht somit auch weiter die Menge an elektrischer Energie, die durch das thermoelektrische Generatorelement 41 erzeugt wird.
    • (3) Jedes thermoelektrische Generatorelement 41 ist an der peripheren Oberfläche der ersten Katalysatorvorrichtung 30 auf der stromabwärtigen Seite in Bezug auf die Abgasströmungsrichtung angeordnet. Somit wird die stromaufwärtige Seite der ersten Katalysatorvorrichtung 30 in einer optimalen Weise erhitzt. Dies sichert einen Reinigungseffekt der ersten Katalysatorvorrichtung 30.
    • (4) Die thermoelektrischen Generatorelemente 41 beeinflussen das Aufheizen der ersten Katalysatorvorrichtung 30 nicht in einer unerwünschten Weise. Somit werden die thermoelektrischen Generatorelemente 41 konstant zum Erzeugen von elektrischem Strom verwendet. Dies stellt sicher, dass der Betrag an elektrischer Energie, der durch die thermoelektrischen Generatorelemente 41 erzeugt wird, optimal gestaltet wird.
    • (5) Der Kühlmechanismus 42 ist an den thermoelektrischen Generatorelementen 41 angebracht. Dies erhöht die Temperaturdifferenz zwischen der Hochtemperaturoberfläche H und der Niedrigtemperaturoberfläche C von jedem thermoelektrischen Generatorelement 41. Somit wird der Betrag der erzeugten elektrischen Energie weiter erhöht.
    • (6) Das Kühlmittel in dem Kühlmechanismus 42 und das Abgas in der ersten Katalysatorvorrichtung 30 strömen in entgegengesetzten Richtungen. Dies erhöht weiter die Temperaturdifferenz zwischen der Hochtemperaturoberfläche H und der Niedrigtemperaturoberfläche C von jedem thermoelektrischen Generatorelement 41 und es wird somit der Betrag der erzeugten elektrischen Energie weiter erhöht.
  • Es sei für Fachleute darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung in vielfältiger spezifischer Form modifiziert werden kann, ohne dabei jedoch den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sei speziell darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung in den folgenden Formen realisiert werden kann.
  • Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die erste Katalysatorvorrichtung 30 in dem thermoelektrischen Generator 20 angeordnet und die zweite Katalysatorvorrichtung 14 ist stromabwärts von dem thermoelektrischen Generator 20 angeordnet. Statt dessen können von der stromaufwärtigen Seite in Bezug auf die Strömungsrichtung des Abgases in einem Gehäuse 32', welches ähnlich dem Gehäuse 32 ausgeführt ist, ein Katalysatorträger 31', welcher ähnlich dem Katalysatorträger 31 ausgebildet ist, und ein zweiter Katalysatorträger 60, der ähnlich dem Katalysatorträger der zweiten Katalysatorvorrichtung 14 ausgebildet ist, angeordnet werden. Ferner kann der thermoelektrische Generatorstapel 40 an der peripheren Oberfläche des zweiten Katalysatorträgers 60 angeordnet werden. Alternativ kann der Katalysatorträger 31 der bevorzugten Ausführungsform in einen stromaufwärtigen Träger und einen stromabwärtigen Träger aufgeteilt werden, wobei der thermoelektrische Generatorstapel 40 um den stromabwärtigen Träger herum angeordnet ist.
  • Bei der bevorzugten Ausführungsform kann der Kühlmechanismus 42 weggelassen sein. In diesem Fall liegt die Oberfläche C von jedem thermoelektrischen Generatorelement 41 zur Atmosphäre hin frei und wird gekühlt. In diesem Fall besitzt der thermoelektrische Generator weiterhin die oben angeführten Vorteile (1) bis (4).
  • Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die thermoelektrischen Generatorelemente 41 lediglich an Abschnitten der ersten Katalysatorvorrichtung 30 angeordnet, entsprechend der stromabwärtigen Seite in Bezug auf die Abgasströmung. Statt dessen können die thermoelektrischen Generatorelemente 41 mit einer niedrigen Dichte an Abschnitten der ersten Katalysatorvorrichtung 30 entsprechend der stromaufwärtigen Seite in Bezug auf die Abgasströmung angeordnet werden, und können auch mit einer hohen Dichte an Abschnitten der ersten Katalysatorvorrichtung 30 entsprechend der stromabwärtigen Seite in Bezug auf die Abgasströmung angeordnet werden. Mit anderen Worten können dann mehr thermoelektrische Generatorelemente 41 auf der stromaufwärtigen Seite der ersten Katalysatorvorrichtung 30 angeordnet werden als auf der stromabwärtigen Seite. In diesem Fall besitzt der thermoelektrische Generator die gleichen Vorteile wie die bei der bevorzugten Ausführungsform.
  • Bei der bevorzugten Ausführungsform befestigt das Band 52 die erste Katalysatorvorrichtung 30 mit dem thermoelektrischen Generatorstapel 40. Jedoch können die erste Katalysatorvorrichtung 30 und der thermoelektrische Generatorstapel 40 auch durch irgendein anderes Mittel miteinander befestigt werden. Ferner kann irgendeine Menge an thermoelektrischen Generatorelementen 41 vorgesehen sein.
  • Bei der bevorzugten Ausführungsform wird ein Kühlmittel als Kühlmedium in dem Kühlmechanismus 42 verwendet. Es kann jedoch irgendein Kühlmedium verwendet werden, sofern der Kühlmechanismus 42 auch gekühlt wird.
  • Die vorliegenden Beispiele und Ausführungsformen dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht einschränkend zu interpretieren und die Erfindung ist nicht auf die hier dargestellten Einzelheiten beschränkt, sondern kann im Rahmen der anhängenden Ansprüche und Äquivalente zu denselben modifiziert werden.

Claims (4)

  1. Thermoelektrischer Generator (20) für die Verwendung mit einer Brennkraftmaschine (11), die an einen Abgaskanal (17) angeschlossen ist, wobei der Generator eine Katalysatorvorrichtung (30) enthält, die in dem Abgaskanal zum Zwecke der Reinigung des Abgases angeordnet ist, wobei der Generator gekennzeichnet ist durch ein thermoelektrisches Generatorelement (41), welches an der Katalysatorvorrichtung angeordnet ist, um thermische Energie des Abgases, welches durch den Abgaskanal strömt, in elektrische Energie umzuwandeln, wobei das thermoelektrische Generatorelement an wenigstens einem stromabwärtigen Abschnitt der Katalysatorvorrichtung in Bezug auf die Strömung des Abgases angeordnet ist.
  2. Thermoelektrischer Generator (20) für die Verwendung mit einer Brennkraftmaschine (10), die an einen Abgaskanal (17) angeschlossen ist, wobei der Generator eine Katalysatorvorrichtung (30) aufweist, die in dem Abgaskanal angeordnet ist und einen ersten Abschnitt enthält, in welchem die Temperatur relativ hoch ist, wenn das Abgas durch die Katalysatorvorrichtung strömt, und einen zweiten Abschnitt enthält, in welchem die Temperatur relativ niedrig ist, wenn das Abgas durch die Katalysatorvorrichtung strömt, wobei der Generator gekennzeichnet ist durch ein thermoelektrisches Generatorelement (41), welches an der Katalysatorvorrichtung angeordnet ist, um thermische Energie des Abgases, welches durch den Abgaskanal hindurch strömt, in elektrische Energie umzuwandeln, wobei das thermoelektrische Generatorelement an dem ersten Abschnitt angeordnet ist.
  3. Generator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoelektrische Generatorelement eine erste Oberfläche (H) enthält, welche der Kata lysatorvorrichtung gegenüber liegt, und eine zweite Oberfläche (C) gegenüber der ersten Oberfläche aufweist, wobei der Generator ferner einen Kühlmechanismus (42) umfasst, der an der zweiten Oberfläche angeordnet ist, um das thermoelektrische Generatorelement mit einem Kühlmedium zu kühlen.
  4. Generator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium durch den Kühlmechanismus in einer Richtung strömt, die entgegengesetzt zur Richtung verläuft, in welcher das Abgas durch die Katalysatorvorrichtung strömt.
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