Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Abgasanlage und einen solchen, mit der Abgasanlage zusammenwirkenden Wärmetauscher.

Wärmetauscher kommen in Verbindung mit Abgasanlagen von Brenn kraftmaschi- nen zum Einsatz, um die im Abgas enthaltene Wärme nutzbar zu machen. Hierfür können im Wärmetauscher thermoelektrische Module mit thermoelektrischen Elementen vorgesehen werden. Solche thermoelektrische Elemente bestehen aus thermoelektrischen Halbleitermaterialien, die eine Temperaturdifferenz in eine Potentialdifferenz, also in eine elektrische Spannung wandeln und umgekehrt. Auf diese Weise kann vom Wärmetauscher Wärmeenergie in elektrische Energie umgewandelt werden. Physikalisch beruhen die thermoelektrischen Module auf dem Seebeck-Effekt, wenn sie Wärme in elektrische Energie wandeln. Innerhalb eines thermoelektrischen Moduls sind p-dotierte und n-dotierte thermoelektrische Elemente miteinander verschaltet. Üblicherweise werden mehrere derartige thermoelektrische Module zu einem thermoelektrischen Generator zusammengeschaltet, der aus einer Temperaturdifferenz in Verbindung mit einem entsprechenden Wärmestrom elektrische Energie bzw. eine elektrische Spannung generieren kann. Im Wärmetauscher wird die zum Erzeugen von elektrischer Energie erforderliche Temperaturdifferenz zwischen den Heißseiten und den Kaltseiten der thermoelektrischen Module erzeugt, indem das Heißgas mit den Heißseiten und ein Kühlmittel mit gegenüber dem Heißgas geringerer Temperatur mit den Kaltseiten der thermoelektrische Module in thermische Wechselwirkung gebracht wird. Dies gelingt, in dem die Heiß- und Kaltseiten der thermoelektrischen Module in geeigneter Weise in dem vom Heißgas und vom Kühlmittel durchströmten Wärmetauscher angeordnet werden.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Wärmetauscher der vorstehend beschriebenen Art eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich durch eine verbesserte Effizienz auszeichnet.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

Grundgedanke der Erfindung ist demnach, thermoelektrische Module mit thermo- elektrischen Elementen in einem Wärmetauscher derart anzuordnen, dass das durch den Wärmetauscher geführte Heißgas in Form eines Prallstrahls auf die Heißseiten der thermoelektrischen Module trifft. Dies hat zur Folge, dass dem Heißgas eine besonders hohe Menge an Wärme entzogen wird, die von den thermoelektrische Modulen, dem Wirkprinzip eines thermoelektrischen Generators folgend, in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Damit geht eine verbesserte Effizienz des Wärmetauschers einher, was sich insbesondere als vorteilhaft erweist, wenn dieser als Abgaswärmetauscher betrieben wird, um die im Abgas einer Brennkraftmaschine enthaltene Energie nutzbar zu machen.

Ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher, der vorzugsweise als Abgaswärmetauscher eingesetzt werden kann, umfasst ein Außenrohr zum Durchströmen mit Heißgas, welches einen Außenrohr-Innenraum begrenzt. Im Außenrohr- Innenraum ist, vorzugsweise koaxial zum Außenrohr, ein Innenrohr zum Durchströmen mit dem Heißgas angeordnet, welches einen Innenrohr-Innenraum begrenzt. Bevorzugt besitzt das Innenrohr eine im Wesentlichen zylindrische geo- metrische Formgebung. In einer Umfangswand des Innenrohrs ist eine Mehrzahl von Durchbrüchen angeordnet, mittels welcher der Innenrohr-Innenraum fluidisch mit dem Außenrohr-Innenraum kommuniziert. Der Innenrohr-Innenraum ist dabei an einem Längsende des Innenrohres durch eine Stirnwand verschlossen. Das Außenrohr des Wärmetauschers weist eine Umfangswand auf, auf deren Außenseite thermoelektrische Module angeordnet sind. Die thermoelektrischen Module weisen jeweils eine der Umfangswand zugewandte Heißseite und eine von der Umfangswand abgewandte Kaltseite auf. Außerdem umfasst der Wärmetauscher zumindest ein Kühlmittel rohr zum Durchströmen mit einem Kühlmittel, welches an der Kaltseite zumindest eines thermoelektrischen Moduls angeordnet ist. Mittels der vorangehend erläuterten Anordnung von Außenrohr, Innenrohr und thermoelektrischen Modulen sowie den am Innenrohr umfangsseitig ausgebildeten Durchbrüchen wird in Verbindung mit dem stirnseitigen Verschluss des Innenrohrs erreicht, dass das Heißgas in Form von Prallstrahlen auf die Umfangwand der Außenrohrs prallt, auf welcher außenseitig die Heißseiten der thermoelektrische Module angeordnet sind. Auf diese Weise wird die gewünschte, verbesserte Wechselwirkung des Heißgases mit den thermoelektrischen Modulen erzielt, so dass dem Heißgas eine besonders große Wärmemenge entzogen wird. In der Folge wird von den als thermoelektrischen Generatoren wirkenden thermoelektrischen Modulen entsprechend mehr elektrische Energie erzeugt, was den Wirkungsgrad des Wärmetauschers erhöht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind mehrere Kühlmittelrohre vorhanden, die entlang einer Umfangsrichtung des Außenrohrs im Abstand zueinander angeordnet sind und sich entlang der Längsrichtung erstrecken.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Kühlmittelrohre als gerade Rohre ausgebildet und in der Längsrichtung ausgerichtet. In beiden Ausfüh- rungsformen erfolgt die Anordnung der Kühlmittelrohre derart, dass an der Kaltseite eines jeden thermoelektrischen Moduls ein Kü hl mittel roh r angeordnet ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass jedes thermoelektrische Modul thermisch mit dem durch die Kühlmittelrohre geführten Kühlmittel wechselwirken kann.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Innenrohr an einem seiner beiden Längsenden offen ausgebildet, wobei an das offene Längsende in Längsrichtung ein Gaseinlass zum Einleiten des Heißgases in das Innenrohr anschließt. Dies erleichtert die Einleitung des Heißgases in das Innenrohr.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das verschlossene Ende des Innenrohres mit einem geeigneten Mechanismus - z.B. einer Klappe oder Kappe, verdrehbare Lochscheiben und andere geeignete Varianten und Kombinationen - versehen, um den Verschluss des Innenrohrs während des Betriebes ganz oder teilweise zu öffnen und so den Heißgasaufprall auf die innere Oberfläche des Außenrohres zu steuern. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn selten auftretende Betriebspunkte der Heißgasströmung aufgrund des eingeschränkten Querschnittes der Durchbrüche durch das Innenrohrs zu einem überhöhten Druckabfall in der Heißgasströmung führen würde oder die Temperatur an der Heißseite der thermoelektrischen Module die zulässige Grenztemperatur übersteigen würde. In einer höchst bevorzugten Ausführungsform würde ein solcher Öffnungsmechanismus durch den Betriebspunkt der Heißgasströmung (Staudruck, Temperatur) selbst ausgelöst und gesteuert (z.B. thermische Dehnung, Bi-Metall-Effekt).

Zweckmäßig besitzt das Außenrohr in einem Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des Außenrohrs die Geometrie eines gleichmäßigen Vielecks. Dabei sind zwei benachbarte Ecken des Vielecks mittels einer Rohrwand verbunden. Die Rohrwände sind in dem Querschnitt vorzugsweise gerade ausgebildet. Bei dieser Variante ist auf zumindest einer Rohrwand, vorzugsweise auf mehreren Rohrwänden, höchst vorzugsweise auf allen Rohrwänden, außenseitig ein thermo- elektrisches Modul angeordnet. Auf diese Weise können die Kaltseiten der typischerweise in Flachbauweise realisierten thermoelektrischen Module flächig und mit hoher Moduldichte am Außenrohr angeordnet werden.

Besonders zweckmäßig besitzt das Innenrohr in dem Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung eine runde, vorzugsweise eine kreisrunde, Geometrie. Ein Innenrohr mit einer solchen Geometrie ist besonders einfach herzustellen, was sich vorteilhaft auf die Herstellungskosten für den Wärmetauscher auswirkt.

Zur Aussteifung des Wärmetauschers und zur Fixierung einzelner Komponenten, wie z.B. der Kühlmittelrohre und der thermoelektrischen Module, kann dieser mit zumindest einem bandartig ausgebildeten Spannelement ausgestattet sein, welches sich entlang der Umfangsrichtung des Außenrohrs umlaufend erstreckt und an den entlang der Umfangsrichtung benachbarten thermoelektrischen Modulen befestigt ist. Besonders zweckmäßig sind zwei oder mehr solche Spannelemente vorhanden, die entlang der Längsrichtung im Abstand zueinander angeordnet sind.

Besonders bevorzugt umfasst der Wärmetauscher zumindest ein Lastverteilungselement, welches für die Variante mit in axialer Richtung verlaufenden Kühlmittelrohr radial zwischen dem zumindest einen Spannelement und dem zumindest einen Kühlmittelrohr und für die Variante mit in Umfangsrichtung verlaufenden Kühlmittelrohr radial zwischen den Kühlmittelrohr und der Kaltseite des thermoelektrischen Moduls angeordnet ist. Auf diese Weise können die von dem Spannelement auf das Kühlmittelrohr und die thermoelektrische Module einwirkenden Kräfte gleichmäßig in besagte Komponenten eingeleitet werden. Eine Beschädigung oder gar Zerstörung der thermoelektrischen Module kann auf diese Weise vermieden werden. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform liegt in dem durch den aufgebrachten Anpressdruck verminderten thermischen Kontaktwiderstand zwischen den Kontaktflächen des thermoelektrischen Moduls und dem heißgasführenden Außenrohr bzw. dem Kühlmittel führenden Kühlmittelrohr. Der dadurch verminderte Temperaturabfall bis zu den thermoelektrischen Elementen des thermoelektrischen Moduls führt zu einem erhöhten thermoelektrischen Wirkungsgrad.

Zur weiteren Verminderung des thermischen Übergangswiderstandes zwischen den Kontaktflächen des thermoelektrischen Moduls und dem heißgasführenden Außenrohr bzw. dem Kühlmittelrohr kann in einer weiteren Ausführungsform zwischen einem oder mehreren der im folgenden aufgelisteten Komponenten- Paarungen eine flächige Schicht eines Interface-Materials eingebracht werden:

- zwischen der heißseitigen Kontaktfläche des thermoelektrischen Moduls und der äußeren Oberfläche des Außenrohres,

- zwischen der kaltseitigen Kontaktfläche des thermoelektrischen Moduls und der dem thermoelektrischen Modul zugewandten Oberfläche des Lastverteilungselementes,

- zwischen der dem thermoelektrischen Modul abgewandten Oberfläche des Lastverteilungselementes und der Oberfläche des Kühlmittelrohres

Das Interface-Material kann dabei in einem, mehreren oder in allen im Wärmetauscher vorkommenden Positionen der aufgelisteten Komponentenpaarungen in der gleichen oder in unterschiedlichen Varianten bzgl. Form, Material und Dicke des eingebrachten Materials angeordnet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird für die eine oder mehre Interface-Schichten ein dünnes, flächiges Material verwendet, welches in Dickenrichtung im Druckbereich 1 - 20 bar elastische Dehnungen im Bereich 5 - 50 % zulässt und eine gute thermische Leitfähigkeit aufweist. Zudem ist das Interface-Material jeweils so gewählt, dass es die im Betrieb des Wärmetauschers am Verwendungsort vorliegenden Temperaturen ohne Beschädigung dauerhaft aushält.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Außenrohr an seinen beiden entlang der Längsrichtung gegenüberliegenden Längsenden zum Ausleiten des Heißgases jeweils offen ausgebildet. Bei einer dazu alternativen, bevorzugten Ausführungsform ist das Außenrohr an einem Längsende offen und an dem anderen Längsende geschlossen ausgebildet. Beide Varianten erlauben eine vorteilhafte Ausleitung des Heißgases aus dem Wärmetauscher.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist das geschlossene Längsende des Innenrohrs mit einer Vorrichtung versehen, welche eine vollständige oder teilweise Ausleitung des Heißgases aus dem Wärmetauschers ermöglicht, ohne dass dieses Heißgas die darin gespeicherte Wärme an das mindestens eine thermoelektri- sche Modul abgibt.

Zweckmäßig umfasst die Vorrichtung einen Verschlussmechanismus, welcher durch eine außerhalb des Außenrohrs angeordnete Steuerungs-/Regelungs- einrichtung gesteuert wird. Dies erlaubt eine flexible Steuerung des Verschlussmechanismus.

Alternativ dazu kann die Vorrichtung einen Verschlussmechanismus umfassen, welcher sich eigenständig durch autark im Wärmetauscher stattfindende thermo- physikalische Prozesse ohne Zuführung externer Steuersignale regelt. Mit einem solchen Verschlussmechanismus, der insbesondere auf eine Steuerungs- /Regelungseinrichtung verzichtet, gehen besondere Kostenvorteile einher.

Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage und einem vorangehend vorgestellten, erfindungsgemäßen Wärmetauscher. Die voranstehend erläuterten Vorteile des Wärmetauschers übertragen sich daher auch auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.

Es zeigen, jeweils schematisch:

Fig. 1 ein Beispiel eines als Abgaswärmetauscher ausgestalteten Wärmetauschers in einem Längsschnitt,

Fig. 2 den Wärmetauscher der Figur 1 in einem Querschnitt senkrecht zur

Längsrichtung des Wärmetauschers,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des Wärmetauschers ohne Außengehäuse,

Fig. 4 den Wärmetauscher der Figur 1 in einer Explosionsdarstellung, Fig. 5 eine Weiterbildung des Wärmetauschers gemäß Figur 1 mit eingebrachten Interface-Materialien an verschiedenen Positionen zwischen Heißgas-Außenrohr und Kühlmittelrohr,

Fig. 6a-c sind drei verschiedene Ausführungsbeispiele des Wärmetauschers, bei welchen die das Innenrohr 4 verschließende Stirnwand 16 durch einen Verschlussmechanismus wahlweise verschlossen oder geöffnet wird.

Die Figur 1 zeigt schematisch ein Beispiel eines als Abgaswärmetauscher ausgestalteten Wärmetauschers 1 in einem Längsschnitt. Entsprechend Figur 1 besitzt der Wärmetauscher 1 ein sich entlang einer Längsrichtung L erstreckendes Außenrohr 2 zum Durchströmen mit einem Heißgas H, welches einen Außenrohr- Innenraum 3 begrenzt. Durch die Längsrichtung L ist eine axiale Richtung A definiert. Im Außenrohr-Innenraum 3 ist, bevorzugt koaxial zum Außenrohr 2, ein Innenrohr 4, ebenfalls zum Durchströmen mit dem Heißgas H, angeordnet, welches einen Innenrohr-Innenraum 5 begrenzt. Das Innenrohr 4 kann wie in den Figuren gezeigt die geometrische Formgebung eines Zylinders besitzen.

In einer Umfangswand 6 des Innenrohrs 4 ist eine Mehrzahl von Durchbrüchen 7 ausgebildet, mittels welcher der Innenrohr-Innenraum 5 fluidisch mit dem Außenrohr-Innenraum 3 kommuniziert. Auf einer Außenseite 8 einer Umfangswand 9 des Außenrohrs 2 sind thermoelektrische Module 10 angeordnet, die jeweils eine der Umfangswand 9 des Außenrohrs 2 zugewandte Heißseite 1 1 und eine von der Umfangswand 9 des Außenrohrs 2 abgewandte Kaltseite 12 aufweisen. Auf diese Weise kann das durch das Außenrohr 2 strömende Heißgas thermisch an die Heißseiten 1 1 der thermoelektrischen Module 10 gekoppelt werden. Weiterhin umfasst der Wärmetauscher mehrere Kühlmittelrohre 13 zum Durchströmen mit einem Kühlmittel K, welches eine geringere Temperatur aufweist als das Heißgas H. Die Kühlmittelrohre 13 sind an den Kaltseiten 12 der thermoelektrischen Module 10 angeordnet, sodass das durch die Kühlmittelrohre 13 strömende Kühlmittel K thermisch an die Kaltseiten 12 der thermoelektrischen Module 10 koppeln kann. Die Kühlmittel röhre 13 sind in der in Figur 1 dargestellten Variante als gerade Flachrohre ausgebildet und erstrecken sich entlang der Längsrichtung L.

Entsprechend der Darstellung der Figur 1 ist das Innenrohr 4 an einem ersten Längsende 28a geschlossen ausgebildet. Hierzu geht die Umfangswand 6 des Innenrohrs 4 in Längsrichtung L bzw. axialer Richtung A in eine geschlossene Stirnwand 16 über.

Das Innenrohr 4 ist an einem zweiten Längsende 28b offen ausgebildet, wobei an dieses offene Längsende 28b in Längsrichtung L ein Gaseinlass 27 zum Einleiten des Heißgases H in das Innenrohr 4 anschließen kann. Ein solcher Gaseinlass 27 ist in Figur 1 lediglich durch einen gestrichelten Pfeil angedeutet.

Die voranstehend genannten Komponenten des Wärmetauschers 1 können in einem gemeinsamen Außengehäuse 15 angeordnet sein.

Die Figur 3 zeigt den Wärmetauscher 1 der Figur 1 in perspektivischer Darstellung. Der Wärmetauscher 1 kann entsprechend Figur 3 bandartig ausgebildete Spannelemente 14 aufweisen, welches sich entlang der Umfangsrichtung U des Außenrohrs 2 umlaufend erstrecken und die entlang der Umfangsrichtung U benachbart zueinander angeordneten thermoelektrischen Modulen 10 kraftschlüssig fixieren. Die einzelnen Spannelemente 14 sind entlang der Längsrichtung L im Abstand zueinander angeordnet. Die Spannelemente 14 können als elastische Bänder, beispielsweise aus einem Elastomer, oder als Stahlbänder realisiert sein. Auch die Verwendung von Drähten ist denkbar.

Der Figur 3 lässt sich außerdem entnehmen, dass der Wärmetauscher 1 mit Lastverteilungselementen 22 ausgestattet sein kann, welche in der Variante mit geraden, axial ausgerichteten Kühl mittel röhren radial zwischen den Spannelementen 14 und den Kühlmittelrohren 13 angeordnet sein können. Auf diese Weise können die von den Spannelementen 14 erzeugten Kräfte gleichmäßig in besagte Komponenten eingeleitet werden. Eine Beschädigung oder gar Zerstörung insbesondere der thermoelektrischen Module 10 kann auf diese Weise vermieden werden.

Zur Verdeutlichung des Aufbaus des Wärmetauschers 1 zeigt die Figur 4 die vorangehend genannten Komponenten in einer Explosionsdarstellung. Der Darstellung der Figur 4 lässt sich entnehmen, dass mehrere Kühlmittelrohre 13 vorhanden sind, die sich jeweils entlang der Längsrichtung L bzw. der axialen Richtung A erstrecken und bezüglich einer Umfangsrichtung U des Außenrohrs 2 im Abstand zueinander angeordnet sind. Somit ist an der Kaltseite eines jeden thermoelektrischen Moduls 10 ein Kühlmittelrohr 13 angeordnet. Wie die Figuren 1 und 4 anschaulich belegen, sind in die in der Umfangswand 6 ausgebildeten Durchbrüche 7 rasterartig entlang der Längsrichtung L und entlang der Umfangsrichtung U des Innenrohrs 4 angeordnet.

Die Figur 2 zeigt den Wärmetauscher 1 der Figur 1 im Bereich des Außenrohrs 2 in einem Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung L bzw. zur axialen Richtung A. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Kühlmittelrohre 13 in Figur 2 nicht dargestellt. Der Figur 2 entnimmt man, dass die Umfangswand 6 des Innenrohrs 4 in dem Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung L eine kreisrunde Geometrie besitzen kann. Entsprechend Figur 2 besitzt das Außenrohr 2 in dem Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung L des Außenrohrs 2 die Geometrie eines gleichmäßigen Vielecks 17. Jeweils zwei benachbarte Ecken 18 des Vielecks 17 sind mittels einer gerade bzw. eben ausgebildeten Rohrwand 19 verbunden. Die Rohrwände 19 bilden zusammen das Außenrohr 2 aus. Auf den Außenseiten 8 der Rohrwände 19 ist außenseitig jeweils ein thermoelektrisches Modul 10 angeordnet.

Den Figuren 1 , 2 und 4 lässt sich entnehmen, dass in der Umfangswand 6 des Innenrohrs 4 an jedem Durchbruch 7 ein diesen Durchbruch 7 einfassender und radial nach außen, zum Außenrohr 2 hin von der Umfangswand 6 abstehender Öffnungskragen 20 ausgebildet ist.

Anhand der Figur 1 wird im Folgenden die Durchströmung des Wärmetauscher 1 mit Heißgas H erläutert. Über einen in Figur 1 nicht näher dargestellten Gasein- lass kann das Heißgas H in den vom Innenrohr 4 begrenzten Innenrohr- Innenraum 5 eingeleitet werden und durchströmt diesen entlang der axialen Richtung A bzw. der Längsrichtung L (vgl. Pfeile 21 a). Da der Innenrohr-Innenraum 5 axial von der Stirnwand 16 begrenzt wird, kann das Heißgas H den Innenrohr- Innenraum 5 nur in radialer Richtung R durch die in der Umfangswand 6 ausgebildeten Durchbrüche 7 verlassen (vgl. Pfeile 21 b). In den mit Öffnungskrägen 20 ausgebildeten Durchbrüchen 7 wird das Heißgas in der radialen Richtung R beschleunigt und prallt jeweils in Form eines Prallstrahls auf die Umfangswand 9 des Außenrohrs 2 (vgl. Pfeile 21 c). Dabei wird thermische Energie an die thermo- elektrische Module 10 abgegeben. Das an der Umfangswand 9 abprallende, also reflektierte Heißgas H kann durch einen stirnseitigen Auslass 23 aus dem Außenrohr-Innenraum 3 ausströmen und den Wärmetauscher 1 verlassen (Pfeile 21 d).

In Figur 5 ist anhand eines Querschnitts des Wärmetauschers 1 senkrecht zur Längsrichtung L dargestellt, an welchen Positionen jeweils eine Schicht aus ei- nem Interface-Material 30a, 30b, 30c angeordnet werden kann. In jedem zu einem thermoelektrischen Modul 10 zwischen Heißgas H und Kühlmittel K zugehörigen thermischen Pfad 31 ergeben sich gemäß der vorangegangenen Beschreibung des Wärmetauschers 1 drei für die Wärmeübertragung relevante Kontaktstellen, in welche in dem dargestellten Beispiel jeweils Interface-Material 30a, 30b, 30c angeordnet ist. Die Interface-Materialien können sowohl aus verschiedenen Materialien bestehen, als auch sich in Struktur, Dichte und Abmessung unterscheiden. So kann Interface-Material 30c zwischen der heißseitigen Kontaktfläche des thermoelektrischen Moduls und der Außenseite 8 des Außenrohrs 2 vorgesehen sein. Weiterhin kann Interface-Material 30b zwischen der Kaltseite 12 des thermoelektrischen Moduls 10 und dem dem thermoelektrischen Modul 10 zugewandten Lastverteilungselementes 22 vorgesehen sein. Weiterhin kann Interface- Material 30a zwischen der dem thermoelektrischen Modul 10 abgewandten Oberfläche des Lastverteilungselementes 22 und dem zugeordneten Kühlmittelrohr 13 vorgesehen sein. Zumindest ein Interface-Material 30a, 30b, 30c kann im Druckbereich 1 bar bis 15 bar eine elastische Verformbarkeit in Dickenrichtung von 5% bis 50% aufweisen. Zumindest ein Interface-Material 30a, 30b, 30c kann eine thermische Leitfähigkeit in Dickenrichtung größer 1 .0 W/mK aufweisen.

In den Figuren 6a, 6b, 6c sind drei verschiedene Ausführungsformen des Wärmetauschers 1 dargestellt, in welcher die das Innenrohr 4 verschließende Stirnwand 16 durch einen Verschlussmechanismus 36 verschlossen oder teilweise oder sogar vollständig geöffnet werden kann, um in extremen Betriebszuständen aus Gründen des Schutzes der thermoelektrischen Module 10 den Heißgasmassen- strom, welcher über die Durchbrüche 7 des Innenrohres 4 auf die Innenoberfläche des Außenrohres 2 trifft und so die Wärme an die thermoelektrischen Module 10 abgibt, zu reduzieren. In Figur 6a wird dazu die Stirnwand 16 mit einer Öffnung 44 versehen. Diese Öffnung 44 wird von einer Klappe 34 abgedeckt. Die Klappe 34 ist mit einer drehbaren Lagerung 32 mit dem Innenrohr 4 bzw. mit der Stirnwand 16 verbunden. Zudem ist die Klappe 34 mit einem Stellmechanismus 35 antriebsverbunden. Dieser Stellmechanismus 35 kann durch externen Energieeintrag aktiv gesteuert werden, etwa mittels eines Stellmotors oder einer geeigneten Hebel-Mechanik.

Ebenfalls möglich ist die Verstellung der Klappe 34 autonom durch interne Betriebsparameter wie z.B. der Temperatur des Heißgases H, der Druckdifferenz des Heißgases H im Innenrohr-Innenraum 5 gegenüber dem Außenrohr- Innenraum 3, sowie der Oberflächentemperatur des Außenrohres 2.

Die Figur 6b illustriert ein Beispiel eines solchen sich autonom regelnden Stellmechanismus 35. Dabei wird zwischen der Klappe 34 und der mit der Öffnung versehenen Stirnwand 16 umlaufend um die Öffnung 44 temperaturstabiles Dichtmaterial 39 eingebracht, um im geschlossenen Zustand Leckagen des Heißgases aus dem Innenrohr-Innenraum 5 in den Außenrohr-Innenraum 3 zu minimieren.

In einer ersten Variante des autonom arbeitenden Stellmechanismus, welche in Figur 6b dargestellt ist, wird im Innenrohr-Innenraum 5 nahe der Wand des Innenrohres 4 und an der Umfangsposition des Scharniers der Klappe 34 ein stabför- miger Aktuator 37 aus einem Material mit einen deutlich größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als der des Materials des Innenrohres 4 selbst angeordnet. Zweckmäßig ist ein um mindestens 10e-06/K größerer thermischer Ausdehnungskoeffizient. Dieser Aktuator 37 ist an dem der Stirnwand 16 gegenüberliegenden Ende des Innenrohres 4 an einem Punkt P fest mit der Wand des Innenrohres 4 verbunden und entlang der Längsrichtung L bzw. der axialen Richtung A des Innenrohres 4 an einer oder mehreren Positionen durch Führungen 38 so geführt, dass in jeder dieser Führungen 38 die Verschiebung des Aktuators 37 in Längsrichtung L des Innenrohres 4 gegenüber der Führung 38 ungehindert stattfinden kann.

Das dem Punkt P gegenüberliegende Ende des Aktuators befindet sich in einem engen Abstand g zu einem Aufnahmepunkt T, welcher sich mit definierten radialen Abstand zur Lagerung 32 der Klappe 34 befindet. Weiterhin wird zwischen der Klappe 34 und einem starr mit dem Innenrohr 4 verbundenen Bauteil (z.B. Teil des Scharniers) ein Federelement 40 derart angebracht, dass bei jedem Betriebspunkt des Wärmetauschers eine die Klappe 34 verschließende Kraft auf diese wirkt. Der Abstand g zwischen dem Aktuator 37 und dem Aufnahmepunkt T ist so gewählt, dass sich aufgrund der thermischen Längenausdehnung des Aktuators 37 der Kontakt zwischen dem den Punkt P gegenüberliegenden Ende des Aktuators und dem Aufnahmepunkt T der Klappe 34 zu einer definierten Temperatur schließt und bei weiterer Erhöhung der Temperatur sich die Klappe 34 gegen die Federkraft des Federmechanismus 40 um einen Spalt öffnet und die Öffnung 44 freigibt. Der Öffnungswinkel zwischen der Klappe 34 und der Stirnwand 16 wird über den radialen Abstand des Aufnahmepunktes T der Klappe 34 zur Drehachse der Lagerung 32 der Klappe 34 derart eingestellt, dass der sich für das Heißgas H öffnende Strömungsquerschnitt einen Teil des Heißgas- Massestroms so umleitet, dass er der Wärmeübertragung an die thermoelektri- schen Module 10 nicht mehr zur Verfügung steht und diese somit thermisch entlastet werden. Die Temperatur in den thermoelektrischen Modulen 10 kann so effektiv begrenzt werden, was die thermoelektrischen Module 10 wirksam vor übermäßiger thermomechanischer Degradation schützt.

Die Figur 6c zeigt eine weitere Variante einer autonomen Regelung des Verschlussmechanismus 36 für die Stirnwand 16 des Innenrohres 4. In dieser Variante wird die Stirnwand 16 mit mindestens einer Öffnung 43 ausgeführt, in einer bevorzugten Variante mit mehreren Öffnungen in einer strukturierten Anordnung. Form, Lage und Größe der Öffnungen 43 sind eng mit dem fluid-dynamischen Gesamtprozess 21 a-d des Heißgases H abgestimmt. Im Innenrohr-Innenraum 5 wird in dem Bereich zwischen der letzten Innenrohr-Öffnung 7a und der Stirnwand 16 eine weitere Blende 41 eingefügt, welche die Innenkontur des Innenrohres mit einem kleinen radialen Abstand von 1 -5 mm nachbildet. Die Blende 41 ist aus einem Thermo-Bimetall hergestellt und über einen kleinen Bereich von 5 mm bis 20 mm der Außenkontur der Blende 41 biegestarr mit der Innenoberfläche des Innenrohres 4 verbunden, (z.B. mittels Laserschweißen oder Nieten). Der Abstand zwischen der Außenkontur der Blende 41 und der Innenoberfläche des Innenrohres

4 wird mit einer umlaufenden temperaturstabilen Dichtung 42 abgedichtet. Aufgrund des thermo-bimetallischen Materials der Blende 41 biegt sich die Blende, welche bei Raumtemperatur eben ist (41/1), mit zunehmender Temperatur aus dieser ebenen Ausgangslage heraus (41/11). Die spezifische Krümmung des Thermo-Bimetalls pro Kelvin Temperaturänderung ist durch die Wahl der verwendeten Materialkombination und den Lagenaufbau so abgestimmt, dass sich ab einer für die thermoelektrischen Module 10 kritischen Temperatur des Heißgases H durch die Verformung der Blende 41 ein Spalt S öffnet, durch welchen ein Teil des gesamten Massenstrom des Heißgases 21 a direkt zum Ausgang des Wärmetauschers geleitet wird (21 d), ohne die in ihm gespeicherte Wärmeenergie an die Module abgeben zu können. Die Auslegung dieses thermodynamischen Pfades mit der Blende 41 , der Dichtung 42 und der in die Stirnwand 16 eingebrachten mindestens einen Öffnung 43 ist so gewählt, dass durch den sich öffnenden Spalt

5 zwischen Dichtung 42 und Innenoberfläche des Innenrohres 4 der Wärmeeintrag in die thermoelektrischen Module 10 nicht weiter erhöht wird und so die Heißseite der thermoelektrischen Module in jedem Betriebspunkt des Wärmetauschers die kritische Einsatztemperatur nicht übersteigen kann.