(57)【要約】      （修正有）【課題】コンパクトな設計で、効率的な熱伝達を特徴とする改良された熱伝達装置を提供する。【解決手段】熱伝達装置５に関し、チューブ３２、および、リング管３４を形成する際に、チューブ３２を包むジャケット３３を有するハウジング３１と、リング管３４を通して、一次媒体を移送する一次通路３７を介し、かつ、チューブ３２を通して、前記一次媒体を移送するバイパス通路３８を介して、互いに流体的に接続される一次入口３５および一次出口３６と、一次通路３７およびバイパス通路３８を、前記一次媒体が貫流するのを制御する制御装置３９と、少なくとも一つの二次媒体を移送するための少なくとも二つの別々な二次通路４４を介して、互いに流体的に接続される少なくとも二つの別々な二次入口４２、および、少なくとも二つの別々な二次出口４３とを備え、一次通路３７は、二次通路４４と、媒体分離的、かつ、熱伝達的に接続されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チューブ（３２）、および、リング管（３４）を形成する際に、前記チューブ（３２）を包むジャケット（３３）を有するハウジング（３１）と、
前記リング管（３４）を通して、一次媒体を移送する一次通路（３７）を介し、かつ、前記チューブ（３２）を通して、前記一次媒体を移送するバイパス通路（３８）を介して、互いに流体的に接続される一次入口（３５）および一次出口（３６）と、
前記一次通路（３７）および前記バイパス通路（３８）を、前記一次媒体が貫流するのを制御する制御装置（３９）と、
少なくとも一つの二次媒体を移送するための少なくとも二つの別々な二次通路（４４）を介して、互いに流体的に接続される少なくとも二つの別々な二次入口（４２）、および、少なくとも二つの別々な二次出口（４３）とを備え、
前記一次通路（３７）は、前記二次通路（４４）と、媒体分離的、かつ、熱伝達的に接続されることを特徴とする熱伝達装置。
【請求項２】
前記各二次媒体のための前記共通のハウジング（３１）は、別な二次入口（４２）、別な二次出口（４３）、および、前記各二次媒体を移送する少なくとも一つの二次通路（４４）を備え、前記二次通路は、前記各二次入口（４２）と、前記各二次出口（４３）とを、流体的に接続することを特徴とする請求項１に記載の熱伝達装置。
【請求項３】
少なくとも一つのコイル（４５）が、前記リング管（３４）内に配置され、前記チューブ（３２）に螺旋状に巻き付き、かつ、前記各二次通路（４４）によって案内されることを特徴とする請求項１または２に記載の熱伝達装置。
【請求項４】
各コイル（４５）はコイル・チューブ（４６）を備え、前記コイル・チューブは、内部で、前記二次媒体を移送し、かつ、外側に、前記一次媒体に晒される冷却フィン（４７）を有していることを特徴とする請求項３に記載の熱伝達装置。
【請求項５】
前記少なくとも二つのコイル（４５）は、前記リング管（３４）内に、径方向に、互いに上下に配置されていることを特徴とする請求項３または４に記載の熱伝達装置。
【請求項６】
前記少なくとも二つのコイル（４５）は、それぞれ、軸方向に隣接した少なくとも二つのコイル・パッケージ（５５）を形成し、前記コイル・パッケージ内で、複数のループ（４９）を有するコイル部（５６）が、各コイル（４５）から伸びており、
同じコイル・パッケージ（５５）内における各コイル部（５６）のループ（４９）の径方向位置は同じであり、
隣接したコイル・パッケージ（５５）内における同じコイル（４５）のループ（４９）の径方向位置は異なっていることを特徴とする請求項５に記載の熱伝達装置。
【請求項７】
前記コイル（４５）の個数がｎである場合、少なくともｎ個のコイル・パッケージ（５５）が備えられ、前記コイル・パッケージ内では、それぞれ、前記ループ（４９）のための、ｎ個の異なった径方向位置が可能であり、
各コイル（４５）において、前記コイル部（５６）のループ（４９）は、それぞれ可能な径方向位置を、少なくとも一回占めることを特徴とする請求項６に記載の熱伝達装置。
【請求項８】
隣接したコイル・パッケージ（５５）の間において、各コイル（４５）に接続チューブ（５７）が備えられており、前記接続チューブは、あるコイル・パッケージ（５５）の、径方向における、より内側のコイル部（５６）を、他のコイル・パッケージ（５５）の、径方向における、より外側のコイル部（５６）に、流体的に接続することを特徴とする請求項６または７に記載の熱伝達装置。
【請求項９】
前記コイル（４５）は、熱伝達性能が互いに異なっていることを特徴とする請求項３から８のいずれかに記載の熱伝達装置。
【請求項１０】
前記コイル（４５）は、貫流可能な断面が互いに異なっており、かつ／または、
前記コイル（４５）は、前記ループ（４９）の数が互いに異なっており、かつ／または、
前記コイル（４５）は、材料が互いに異なっていることを特徴とする請求項３から９のいずれかに記載の熱伝達装置。
【請求項１１】
前記コイル（４５）は、前記冷却フィン（４７）の大きさ、かつ／または、単位長さ毎の前記冷却フィン（４７）の数、かつ／または、前記冷却フィン（４７）の形状、かつ／または、前記冷却フィン（４７）の材料が、互いに異なっていることを特徴とする請求項３および請求項４から１０のいずれかに記載の熱伝達装置。
【請求項１２】
前記コイル（４５）はすべて、径方向に、互いに上下に配置されるか、または、
少なくとも、径方向における、より外側の位置において、少なくとも二つのコイル（４５）が、軸方向に、互いに交互に配置され、これにより、異なるコイル（４５）のループ（４９）が、軸方向に、互いに隣接して配置されていることを特徴とする請求項５から１１のいずれかに記載の熱伝達装置。
【請求項１３】
少なくとも二つのコイル（４５）が、前記リング管（３４）内で、軸方向に、交互に配置され、異なるコイル（４５）のループ（４９）が、軸方向に、互いに隣接して配置され、特に、すべてのコイル（４５）が、前記リング管（３４）内で、軸方向に、交互に配置されていることを特徴とする請求項３または４に記載の熱伝達装置。
【請求項１４】
前記少なくとも一つのコイル（４５）が、連結遮断部（６２）を介して、前記二次入口（４２）、または、前記二次出口（４３）に、流体的に接続されていることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の熱伝達装置。
【請求項１５】
内燃機関（３）の燃焼室（７）に清浄空気を移送する清浄空気システム（８）、前記燃焼室（７）からの排ガスを排出する排ガスシステム（１０）、および、選択肢として、排ガスを、前記排ガスシステム（１０）から、前記清浄空気システム（８）に再循環させる排ガス再循環システム（１２）を有する内燃機関（３）と、
第一冷却媒体が循環する第一冷却回路（４）と、
第二冷却媒体が循環する第二冷却回路（２３）と、
請求項１から１４のいずれかに記載の少なくとも一つの熱伝達装置（５）とを備え、
前記一次通路（３７）は、前記排ガスシステム（１０）、または、前記排ガス再循環システム（１２）に内蔵され、これにより、前記排ガス、または、前記再循環された排ガスは、前記一次媒体を形成し、
少なくとも一つの第一の二次通路（４４）は前記第一冷却回路（４）に内蔵され、これにより、前記第一冷却媒体は前記第一の二次媒体を形成し、
少なくとも一つの第二の二次通路（４４）は前記第二冷却回路（２３）に内蔵され、これにより、前記第二冷却剤は前記第二の二次媒体を形成することを特徴とする装置。
【請求項１６】
前記少なくとも二つの冷却回路（４、２３）は、異なる温度レベル用に設計され、かつ／または、
前記第一冷却回路（４）は、前記内燃機関（３）を冷却するか、または、加熱するために使用され、かつ／または、
前記第二冷却回路（２３）は、前記車両（１）の乗客室を空調するための空気流を加熱するために使用されるか、または、潤滑油を冷却するか、または、加熱するために使用され、かつ／または、
前記冷却回路（４、２３）の少なくとも一つは、排熱再利用システム（６３）の排熱再利用回路（６４）によって形成され、前記排熱再利用回路内を作業媒体が循環し、これにより、前記各冷却回路（４、２３）の前記冷却媒体を形成することを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱伝達装置、ならびに、このような熱伝達装置を備えた装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
第一媒体と第二媒体の間の熱伝達を可能にする熱伝達装置が、異なる技術分野で使用され、かつ、一般に知られている。この場合、車両で利用することは特に重要であるが、これは、この目的のために、前記熱伝達装置が、コンパクトで、手頃な価格の構造を必要とするからである。車両を駆動する内燃機関を有する車両では、例えば、前記内燃機関のエンジン・ブロックを冷却する一つ、または、複数の冷却回路、潤滑油を冷却する一つ、または、複数の冷却回路、チャージ・エアを冷却する一つ、または、複数の冷却回路、および、再循環された排ガスを冷却する一つ、または、複数の冷却回路に、複数の熱伝達装置を使用することが可能である。
【０００３】
前記内燃機関の排ガスに含まれる熱をより良く使用するのを可能にするために、排熱再利用システムが知られており、これは、ランキン・サイクル工程、特に、ランキン・クラシウス・サイクル工程に従って作動することにより、作業媒体が気化し、膨張し、かつ、圧縮され、この場合、圧縮され、気化され、かつ、過熱された作業媒体を膨張させることは、機械的エネルギの生成、例えば、電力生成用の発電機を駆動するために使用される。この場合、熱伝達装置に一様に対応する気化器を用いて、前記作業媒体の気化が行われる。この熱伝達装置、または、気化器は、例えば、前記内燃機関の排ガスシステム内に適切に集積することが可能であり、前記排ガスから前記作業媒体に熱を伝達して、前記作業媒体を気化させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、前述したタイプの熱伝達装置のため、または、その熱伝達装置を備えた装置のために、特に、コンパクトな設計で、効率的な熱伝達を特徴とする改良された実施形態を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、この課題は、独立請求項の主題によって解決される。好適な実施形態は従属請求項の主題である。
【０００６】
本発明は以下の基本的なコンセプトに基づいている、つまり、一次媒体用の一次通路を備えた熱伝達装置であって、前記一次通路が一次入口と、一次出口を互いに接続する熱伝達装置では、少なくとも一つの二次媒体用に、少なくとも二つの二次通路が別々に設けられ、これらの通路は、平行して、別々な二次入口を、別々な二次出口に、互いに、流体的に接続する。一つの二次媒体が平行して貫流できる二次通路であって、両方共前記一次通路に、媒体分離的、かつ、熱伝達的に接続することが可能な二次通路を少なくとも二つ備えることによって、コンパクトな設計で、各媒体を移送する複数の回路間、例えば、熱を放出する一つの回路と、熱を吸収する少なくとも二つの回路との間の熱伝達を実現することが可能である。これにより、全体的として、前記一次媒体と、前記各二次媒体との間における熱伝達の効率向上を達成することが可能であり、この場合、同時にコンパクトな設計を実現することが可能である。また、前記熱を放出する一次媒体から、大量の熱を取り出すことが可能でるが、これは、熱を吸収する二次媒体の二つの流れを利用することが可能だからである。
【０００７】
前記排ガスが前記一次媒体を形成するように、このように製作された熱伝達装置を、例えば、内燃機関の排ガス移送ラインに内蔵することが可能なことは、特に有利である。内燃機関の排ガスは、前記内燃機関の運転状態によっては、非常な高温に達することが可能であり、これにより、ここで紹介する熱伝達装置は、前記排ガスから、前記各二次媒体を加熱するための大量の熱を取り出すことが可能である。これは、ここで紹介する熱伝達装置を用いて、特に効率的に、かつ、コンパクトな設計で実現することが可能であるが、これは、前記加熱すべき二次媒体が、平行して、前記少なくとも二つの二次通路を流れ、これにより、前記熱を平行して吸収することが可能なためである。
【０００８】
好適な実施形態による熱伝達装置を実現するために、本発明はあるチューブ設計を詳細に提案するが、この設計では、ハウジングはチューブと、リング管を形成する際に前記チューブを包むジャケットとを備えている。前記一次通路が前記リング管によって案内される一方で、前記チューブによって、バイパス通路が案内され、前記リング管をバイパスする際には、前記バイパス通路は、前記一次入口を前記一次出口に、一様に、流体的に互いに接続する。さらに、制御装置が提案され、これを用いて、前記一次媒体が、前記一次通路およびバイパス通路を貫流するのを制御することが可能である。前記少なくとも二つの二次通路は、前記リング管内で、前記一次通路と、媒体分離的、かつ、熱伝達的に接続されるように、前記リング管によって一様に案内される。この設計により、前記一次媒体と、前記各二次媒体間の熱伝達は、前記リング管内でのみ発生し、これにより、前記一次媒体が前記リング管を貫流するときだけ、前記各二次媒体への熱伝達が活発に行われる。前記バイパス通路を通って流れ、前記一次通路と前記二次通路間の熱伝達接続をバイパスする一次媒体は、せいぜい、例えば、前記排ガス流によって前記ハウジングを加熱することに基づいて、前記各二次媒体への受動的な熱伝達をもたらすことが可能なだけである。そして、前記熱伝達装置を用いて前記一次媒体を制御することが可能であり、これにより、前記一次媒体は、前記一次通路のみ、つまり、前記リング管か、または、前記バイパス通路のみ、つまり、前記チューブを通って流れる。前記熱伝達装置の好適な実施形態では、少なくとも一つの中間位置も調節することが可能であり、この中間位置では、前記一次媒体は、前記一次通路とバイパス通路の両方を流れ、この結果、前記各二次媒体に伝達することが可能な熱量を制御することが可能である。
【０００９】
ここで紹介する前記熱伝達装置の設計は、非常にコンパクトな形状と、手頃な価格で実現可能な構造を特徴としている。ここで紹介するチューブ設計では、前記チューブとジャケットは丸みのある断面を有し、かつ、円筒状に伸び、一次側で比較的高い圧力が可能となり、この結果、前記排ガス流の一次側で、前記熱伝達装置を使用することが容易になる。
【００１０】
実用的には、前記少なくとも二つの二次通路用に、少なくとも二つの別々な二次入口、および、少なくとも二つの別々な二次出口を備えた、共通のハウジングを設計することが可能である。この結果、前記二次媒体を、前記少なくとも二つの二次通路を通して、別々に移送することが可能であり、これにより、前記二次媒体は、前記二次通路を平行して流れる。基本的に、少なくとも二つの異なる二次媒体を使用することが可能であり、同様に、二次媒体を一つのみ使用することも考えられるが、その二次媒体は、特に、少なくとも二つの異なる回路内を循環する。
【００１１】
有利な実施形態では、少なくとも二つのコイルを備えることが可能であり、これらは、前記リング管内に配置され、前記チューブを螺旋状に包み、各二次通路によって案内される。このようなコイルを使用することにより、前記二次媒体用の比較的長い二次通路が実現され、この結果、前記熱伝達装置内、または、前記リング管内における、比較的大きな滞留時間を実現することが可能であり、これは、強い熱伝達を促進する。ここでは、同じ二次媒体に、少なくとも二つのコイルが割り当てられるように形成することが可能である。こうすることにより、前記各二次媒体用に利用可能で、貫流可能な断面を、全体的に大きくすることが可能であり、この結果、前記二次媒体に対する貫流抵抗を軽減し、したがって、これに伴って、前記熱伝達装置を貫流する際の圧力損失を軽減することが可能である。
【００１２】
前記一次媒体と、前記各二次媒体間の熱伝達を向上させるために、有利な実施形態では、各コイルはコイル・チューブを備えることが可能であり、このコイル・チューブは、内部で、前記各二次媒体を移送し、かつ、外側に、前記一次媒体に晒される冷却フィンを有する。このような冷却フィンは、複数の円板状の部材を用いて実現可能であり、これは、前記チューブ・コイルに圧着するか、または、半田付けするか、または、熔接する。同様に、このような冷却フィンは、少なくとも一つの螺旋状のストリップを用いて実現可能であり、これは、前記各コイル・チューブを螺旋状に包む。このようなコイルは、内側および外側で、同様に、比較的高い圧力に晒すことが可能であり、これは、前記熱伝達装置を、排ガス流の一次側で使用すること、および、例えば、排熱再利用回路の二次側で使用することを容易にする。
【００１３】
他の有利な実施形態では、前記少なくとも二つのコイルは、前記リング管内で、径方向に、互いに上下に、つまり、互いに重ねて配置することが可能である。この設計により、前記熱伝達装置は、軸方向において、非常にコンパクトに実現することが可能である。前記コイルを、径方向に互いに上下に、つまり、互いに重ねて配置することにより、内側のコイルに属するか、または、内側のコイル部に属する内側ループが存在し、他方で、このような内側ループと、前記ジャケットとの間に、他のコイル、または、他のコイル部のループが配置される。同様に、外側ループが存在し、これは、外側のコイル、または、外側のコイル部に属し、かつ、前記ジャケットに直接隣接し、他方で、これらの外側ループと、前記チューブとの間には、他のコイル、または、他のコイル部のループが配置される。
【００１４】
丁度二つのコイルが備えられている場合、前記内側ループは、前記チューブに直接隣接し、かつ、前記外側ループを介して、前記ジャケットに間接的に隣接して配置され、他方で、前記外側ループは、前記ジャケットに直接隣接し、かつ、前記内側ループを介して、前記チューブに間接的に隣接して配置されている。三つまたはそれ以上のコイルの場合、それらのコイルは、径方向に、互いに上下に、つまり、互いに重ねて配置され、前記内側ループと、前記外側ループに加えて、他の中間ループが存在し、これらの中間ループは、前記内側ループと、前記外側ループとの間に位置する、少なくとも一つの中間位置に配置される。
【００１５】
他の有利な構成では、前記少なくとも二つのコイルは、それぞれ、少なくとも二つの、軸方向に隣接したコイル・パッケージを形成することが可能であり、そのコイル・パッケージ内では、複数のループを備えたコイル部が各コイルから伸びている。同じコイル・パッケージ内では、前記各コイル部のループの径方向位置が同じである。しかし、隣接したコイル・パッケージ内では、同じコイルのループの径方向位置は異なっている。二つのコイルしか備えていない実施形態では、これは、例えば、少なくとも二つの、軸方向に隣接したコイル・チューブが存在することを意味し、その中では、それぞれ、二つのコイル部が、径方向に、上下に配置されている。第一のコイル・パッケージ内では、前記内側ループは、前記第一コイルの第一コイル部を形成し、他方、前記外側ループは、前記第二コイルの第二コイル部を形成している。これに対して、前記第二のコイル・パッケージ内では、前記内側ループは、前記第二コイルの第二コイル部を形成し、他方、前記外側ループは、前記第一コイルの第二コイル部を形成している。このように、各コイルは、内側ループを備えた内側コイル部、および、外側ループを備えた外側コイル部を有している。このように、同じコイルのループの径方向位置は、コイル・パッケージにより変化する。この設計により、前記一次媒体から前記各二次媒体への均一な熱伝達を実現することが可能である。この設計は、コイルが径方向に、互いに上下に配置されている場合、より外側のコイルが、より内側のコイルより長い二次通路を実現することに基づいており、この結果、これは、前記熱伝達装置内における、前記各二次媒体の滞留時間が異なることにつながり、この結果、異なる熱吸収が、異なる二次通路によって実現される。同じコイル、したがって、同じ二次通路に属する前記ループの径方向位置を変えることによって、前記異なる二次通路の熱吸収を均一にすることが可能である。
【００１６】
ここで、特に有利な実施形態では、前記コイルの数がｎの場合、少なくともｎ個のコイル・パッケージは備えられ、そのパッケージ内で、それぞれ、前記ループのｎ個の異なる径方向位置が可能であり、この場合、各コイルにおいて、前記コイル部のループは、それぞれ、可能な径方向位置を、少なくとも一回占める。これは、丁度三つのコイル、つまり、丁度三つの二次通路の場合、少なくとも三つのコイル・パッケージが備えられていることを意味しており、その内部では、前記ループ、つまり、内側ループ、外側ループ、および、中間に配置されたループのための、それぞれ異なる、丁度三つの径方向位置が可能である。さらに、これは、前記少なくとも三つのコイル・パッケージ内の、これら三つのコイルのそれぞれにおいて、内側ループを備えた少なくとも一つのコイル部、外側ループを備えたコイル部、および、中間に配置されたループを備えたコイル部が設けられていることを意味している。
【００１７】
さらに他の有利な構成では、隣接したコイル・パッケージ間において、各コイル用に、接続チューブを備えることが可能であり、この接続チューブは、あるコイル・パッケージの、径方向におけるより内側のコイル部を、他のコイル・パッケージの、径方向におけるより外側のコイル部に、流体的に接続する。これにより、基本的に、個々のコイル・パッケージを同一に構成し、かつ、前記接続チューブを用いて、前述した配置、つまり、隣接したコイル・パッケージにおける、同じ径方向位置の個々のコイル部が、異なるコイルに属する配置が得られるように、個々のコイル・パッケージを互いに連結することが可能である。
【００１８】
これらの接続チューブを、前記コイル・チューブに、特に容易に、流体的に接続するのを可能にするために、例えば、コイル・スリーブを備えることが可能であり、このコイル・スリーブ内に、前記コイル・チューブの端部、および、前記接続チューブの端部を、軸方向に挿入することが可能である。特に、このような接続スリーブは、前記接続チューブ、および、前記コイル・チューブに、容易に半田付けすることが可能である。
【００１９】
前述した変形例に加えて、または、代わりに実現することが可能な、他の有利な実施形態では、前記少なくとも二つのコイルは、熱伝達性能が互いに異なっていることが可能である。これにより、より内側のコイル、または、より内側のコイル部と、より外側のコイル、または、より外側のコイル部との間における熱伝達の違いを、多少相殺することが可能である。
【００２０】
例えば、前記コイルは、貫流可能な断面が互いに異なることが可能である。特に、前記使用されるコイル・チューブは、異なる流れ断面を有することが可能である。例えば、より外側のコイルは、より内側のコイルより大きな貫流可能な断面を備えることが可能である。
【００２１】
加えて、または、代わりに、前記コイルは、ループの数が互いに異なるように形成することが可能である。前記ループの数によって、前記各二次通路の長さが決まり、これにより、異なる長さの二次通路を備えたコイルが実現される。例えば、より外側のコイルは、より内側のコイルより少ない数のループを備えることが可能である。そして、同じことが、コイル・パッケージ内のコイル部にも当てはまる。
【００２２】
加えて、または、代わりに、冷却フィン付きのコイル・チューブを備えたコイルは、前記冷却フィンの大きさが互いに異なり、かつ／または、前記冷却フィンの配置密度が互いに異なり、かつ／または、前記冷却フィンの形状が互いに異なり、かつ／または、前記冷却フィンの材料が互いに異なるように形成することが可能である。前記冷却フィンの配置密度が異なることは、前記コイル・チューブの単位長さ当たりの冷却フィンの数が異なることに相当する。前記冷却フィンの材料、および／または、前記コイル・チューブの材料が異なると、熱伝達係数が異なる。前記冷却フィンの構成、および／または、配置が異なると、前記各コイルの熱伝達性能に大きく影響し、これにより、所望の均一化については、特に容易に実現することが可能である。
【００２３】
さらに、加えて、または、代わりに、前記コイルは、基本的に、材料が互いに異なることが可能である。材料が異なると、特に、熱伝達係数が異なることが特徴となる。
【００２４】
特別な実施形態では、すべてのコイルを、径方向に、互いに上下に配置することが可能であり、これにより、前記各径方向の位置で、軸方向に隣接したループは同じコイルに属する。これにより、特に、前述したコイル・パッケージは、特に容易に実現することが可能である。
【００２５】
他の実施形態では、これに対して、径方向における、少なくとも一つのより外側の位置において、少なくとも二つのコイルが、二重、または、それ以上の螺旋状に、軸方向に、互いに撚り合わせて配置されるように形成することが可能であり、これにより、異なるコイルのループが、この径方向位置で、軸方向に、互いに隣接して配置される。少なくとも二つのコイルを、径方向における、より外側の位置で使用することにより、一つのコイル当たりのループ数を、少なくとも半分にすることが可能であり、この結果、これに対応して、前記各二次通路の長さも縮小することが可能である。
【００２６】
他の有利な実施形態では、少なくとも二つのコイルが、前記リング管内に、二重、または、それ以上の螺旋状に、軸方向に互いに撚り合わせて配置されるように形成することが可能であり、これにより、異なるコイルのループが、軸方向に、互いに隣接して配置される。この手法により、少なくとも二つのコイルが、同じ径方向位置で、互いに平行に伸びることになり、この結果、前記二次媒体への均一な熱伝達が実現する。
【００２７】
ここで、好適な他の構成では、すべてのコイルが、前記リング管内に、軸方向に、互いに交互に配置されており、これにより、すべてのコイルのループは、同じ径方向位置に位置する。この場合、すべてのループは、前記チューブとジャケットの両方に、直接隣接して配置される。
【００２８】
前記ハウジング、特に、前記チューブ、ジャケット、ならびに、コイル、特に、前記各コイル・チューブ、および、前記冷却フィンの材料としては、使用条件に応じて、鉄合金が好適に使用され、好ましくは、鋼、特に、ステンレス鋼が使用される。さらに、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金のような、軽金属または軽金属合金も使用することが可能である。代わりに、胴または銅合金を使用することが可能である。侵攻性の排ガスから保護するために、前記排ガスに晒される表面に、特に、セラミック製の保護層を形成することも可能である。特に、銅製のコイルの外側に、このような保護層を設けることが可能である。
【００２９】
特に車両、具体的には、陸上車両だけでなく、水上車両、または、飛行機内に配置することが可能な、本発明による装置は内燃機関を備え、この内燃機関は、清浄空気を、前記内燃機関の燃焼室に供給する清浄空気システム、および、前記燃焼室からの排ガスを排出する排ガスシステム、ならびに、選択肢として、排ガスを、前記排ガスシステムから前記清浄空気システムに再循環させる排ガス再循環システムを有している。さらに、このような装置には、第一冷却媒体が循環する第一冷却回路、および、第二冷却媒体が循環する第二冷却回路が設けられている。最後に、このような装置には、前述したタイプの熱伝達装置が設けられている。ここでは、この熱伝達装置は、前記一次通路が、前記排ガスシステム、または、前記排ガス再循環システムに内蔵されるように、前記装置内に集積されており、これにより、前記排ガスまたは再循環された排ガスは、前記一次媒体を形成する。これに対して、前記二次通路は、前記第一冷却媒体が第一の二次媒体を形成し、前記第二冷却媒体が第二の二次媒体を形成するように、前記二つの冷却回路に内蔵されている。ここで紹介する熱伝達装置を用いて、この装置内で、前記排ガス、または、再循環された排ガスと共に移送される熱の、特に効率的な使用を実現することが可能である。
【００３０】
前記少なくとも二つの冷却回路に加えて、または、このような冷却回路の代わり、または、前記両方の冷却回路の代わりに、このような装置に排熱再利用システムを設けることが可能であり、この排熱再利用システムは、作業媒体が循環する排熱再利用回路内に、前記作業媒体を気化させる気化器、その下流に、前記作業媒体を膨張させる膨張器、その下流に、前記作業媒体を凝縮させる凝縮器、および、その下流に、前記排熱再利用回路内の前記作業媒体を駆動する搬送装置を有している。この場合、前記熱伝達装置は、前記第一通路が、前記排ガスシステム、または、前記排ガス再循環システムに内蔵されるように、前記装置内に集積することが可能であり、これにより、前記排ガスまたは再循環された排ガスは、前記一次媒体を形成する。しかしながら、前記二次通路の少なくとも一つ、または、すべての二次通路は、前記作業媒体が前記各二次媒体を形成するように、前記排熱再利用回路に内蔵することが可能である。加えて、前記二次通路の少なくとも一つは、前記冷却媒体が前記各二次媒体を形成するように、前記冷却回路に内蔵することも可能である。ここで紹介する熱伝達装置を用いて、この装置内で、前記排ガス、または、再循環された排ガスと共に移送される熱の、特に効率的な使用または回収を実現することが可能である。
【００３１】
前記熱伝達装置を、前記排熱再利用回路の二次側で使用すると、前記熱伝達装置は気化器として作動し、前記冷却回路の二次側で使用すると、冷却器として作動する。前記熱伝達装置を冷却器として使用する場合は、前記熱伝達装置は、前記排ガス再循環システムの一次側で好適に使用され、前記再循環された排ガスの、効率的で、所望通りの冷却が行われる。
【００３２】
このような熱伝達装置を用いて、前記排ガス再循環と、前記排熱再利用回路との熱伝達接続を行う場合、従来の排ガス再循環回路を冷却するのに使用されるエンジン冷却回路の負荷が大幅に軽減される。前記気化器として作動する熱伝達装置を介して、前記排ガスから取り出すことが可能な全エネルギは、もはや、前記エンジン冷却回路によって吸収される必要はない。
【００３３】
さらに、前記装置に、少なくとも二つの、このような熱伝達装置を設けることが可能であり、そして、この場合、一方は、前記排ガスシステムの一次側に配置し、他方は、排ガス再循環システムの一次側に配置することが可能である。二次側では、前記二つの熱伝達装置は、互いに独立して接続することが可能である。同様に、前記二つの熱伝達装置を、二次側で直列に接続し、例えば、前記排熱再利用回路の作業媒体を、最初に貫流する熱伝達装置内で気化させ、次に貫流する熱伝達装置内で過熱することも考えられる。
【００３４】
本発明の他の重要な特徴ならびに利点は、従属請求項、図面、および図面に基づく関連する説明により明らかになる。
【００３５】
前述した特徴、および以下に述べる特徴は、本発明の範囲を逸脱することなく、記載している各組み合わせにおいてだけでなく、他の組み合わせにおいて、あるいは、単独で利用できることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】熱伝達装置を有する装置を備えた車両の非常に簡略化された基本回路図である。
【図２】熱伝達装置を有する装置を備えた車両の非常に簡略化された基本回路図である。
【図３】熱伝達装置の非常に簡略化された長手方向断面である。
【図４】熱伝達装置の非常に簡略化された長手方向断面である。
【図５ａ】径方向に互いに上下に配置された複数のコイル部内における熱伝達装置の長手方向断面の拡大された詳細図である。
【図５ｂ】径方向に互いに上下に配置された複数のコイル部内における熱伝達装置の長手方向断面の拡大された詳細図である。
【図６ａ】分配部の簡略化された断面図である。
【図６ｂ】統合部の簡略化された断面図である。
【図７】複数のコイル・パッケージを備えたコイル配置の、簡略化された長手方向断面である。
【図８】他の実施形態における、熱伝達装置の非常に簡略化された長手方向断面である。
【図９】他の実施形態における、熱伝達装置の非常に簡略化された長手方向断面である。
【図１０】異なる実施形態における、熱伝達装置の簡略化された長手方向断面である。
【図１１】図１０における熱伝達装置のコイル配置の等尺図である。
【図１２】図１１のコイル配置の、互いに分離された等尺図である。
【図１３】他の実施形態における熱伝達装置の、簡略化された長手方向断面である。
【図１４】連結遮断部における、熱伝達装置の等尺断面図である。
【図１５】他の実施形態における熱伝達装置の、簡略化された長手方向断面である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明の好適な実施例は図示されるとともに、以下に、詳細に説明されるが、同一か、類似しているか、または、機能的に同一の構成要素は同一の参照符号で示す。
【００３８】
以下の図面は、それぞれ、概略的に示しており、図１および２は、それぞれ、異なる実施形態において、熱伝達装置を有する装置を備えた車両の非常に簡略化された基本回路図である。  図３および４は、それぞれ、異なる駆動状態における、熱伝達装置の非常に簡略化された長手方向断面である。図５は、異なる実施形態ａおよびｂにおいて、径方向に互いに上下に配置された複数のコイル部内における熱伝達装置の長手方向断面の拡大された詳細図である。図６は、分配部ａ、または、統合部ｂの簡略化された断面図である。
図７は、複数のコイル・パッケージを備えたコイル配置の、簡略化された長手方向断面である。図８および９は、それぞれ、他の実施形態における、熱伝達装置の非常に簡略化された長手方向断面である。図１０は、異なる実施形態における、熱伝達装置の簡略化された長手方向断面である。図１１は、図１０における熱伝達装置のコイル配置の等尺図である。図１２は、図１１のコイル配置の、互いに分離された等尺図である。図１３は、他の実施形態における熱伝達装置の、簡略化された長手方向断面である。図１４は、連結遮断部における、熱伝達装置の等尺断面図である。図１５は、他の実施形態における熱伝達装置の、簡略化された長手方向断面である。
【００３９】
図１および２では、好ましくは、陸上車両、特に、路上車両として使用可能であるが、同様に、水上車両、または、飛行機として使用可能である車両１は、装置２を備え、この装置は、内燃機関３、第一冷却回路４、第二冷却回路２３、および、熱伝達装置５を有している。
【００４０】
内燃機関３はエンジン・ブロック６を有し、エンジン・ブロックは複数の燃焼室７をそ備え、燃焼室はシリンダ内に形成され、その内部に、ピストンがストローク調節可能に配置されている。燃焼機関３は、さらに、清浄空気を前記燃焼室７に移送する清浄空気システム８を備えている。対応する清浄空気流は、矢印９によって示されている。内燃機関３には、また、燃焼室７からの排ガスを排出する排ガスシステム１０が設けられている。対応する排ガス流は、矢印１１によって示されている。ここで示す実施形態では、燃焼機関３には、また、排ガス再循環システム１２が設けられ、これは、排ガスシステム１０から清浄空気システム８に、排ガスを再循環させるために使用される。排ガス再循環システム１２は、再循環された排ガスを冷却する排ガス再循環冷却器１３、および、再循環された排ガス量、つまり、排ガス再循環率を制御する排ガス再循環弁１４を備えている。排ガスの再循環を向上するために、排ガスシステム１０は、排ガス再循環システム１２が排ガスシステム１０に接続された接続点１５の下流に、ダイナミック圧力フラップ１６を備えることが可能である。清浄空気システム８は、排ガス再循環システム１２が清浄空気システム８に接続された接続点１７の上流に、スロットル・バルブ１８を備えることが可能である。
【００４１】
エンジン・ブロック６を冷却するために、内燃機関３はエンジン冷却回路１９を有し、これは、エンジン・ブロック６を通る破線に対応し、ラジエータ２０を有している。ラジエータ２０は冷却空気流２１に晒されるか、または、貫流され、その冷却空気流は、車両１の駆動中に、所謂空気流によって発生し、送風機２２を用いて生成するか、または、強くすることが可能である。
【００４２】
第一冷却回路４内では、第一冷却媒体が循環する。第一冷却回路４は、例えば、エンジン冷却回路１９に内蔵するか、または、その構成部品を形成することが可能である。第一冷却回路４内には第一ラジエータ２４が備えられ、これを介して、第一冷却媒体に熱を供給することが可能であり、例えば、内燃機関３を暖気運転するために、エンジン・ブロック６に熱を供給する。
【００４３】
第二冷却回路２３内では、第二冷却媒体が循環する。第二冷却回路２３は、例えば、潤滑油回路に内蔵することが可能であり、この潤滑油回路は、内燃機関３、または、その部品、例えば、トランスミッションに潤滑油を供給する。第二冷却回路２３内には第二ラジエータ２５が備えられ、これを介して、第二冷却媒体に熱を供給することが可能であり、例えば、内燃機関３を暖気運転するために、潤滑油に熱を供給する。
【００４４】
同様に、第一冷却回路４、または、第二冷却回路２３を、矢印で示す空気流２６を加熱するために使用することが可能であり、この空気流は、例えば、送風機２７によって駆動し、車両１の乗客室２８に供給して、空調を行うか、または、加熱することが可能である。さらに、車両１内では、このような内冷却回路４、２３の別な使用形態も考えられる。
【００４５】
そして、熱伝達装置５は、ある部品内で二つのラジエータ２４、２５を形成しており、これにより、熱伝達装置５は両方の冷却回路４、２３に内蔵されている。ここでは、二つの冷却回路４、２３は、二次側、つまり、熱を吸収する側において熱伝達装置５に内蔵され、他方、熱伝達装置５は、図１に示す実施形態では、一次側、つまり、熱伝達装置５の熱を放出する側において、排ガスシステム１０に内蔵され、図２に示す実施形態では、排ガス再循環システム１２に内蔵されている。
【００４６】
図１に示す実施形態では、前記排ガスは、熱伝達装置５を通って流れる一次媒体を形成している。第一冷却回路４の第一冷却媒体は、この場合、第一の二次媒体を形成し、この第一の二次媒体は、熱伝達装置５を通って流れ、かつ、その内部で、前記一次媒体、つまり、前記排ガスと、熱伝達的、かつ、媒体分離的に接続される。さらに、この場合、第二冷却回路２３の第二冷却媒体は、熱伝達装置５を通って流れる第二の二次媒体を形成し、その内部で、前記一次媒体、つまり、前記排ガスと、熱伝達的、かつ、媒体分離的に接続される。
【００４７】
これに対して、図２に示す実施形態では、熱伝達装置５は、熱伝達装置５が、排ガス再循環システム１２内で、排ガス再循環冷却器１３を形成するように、排ガス再循環システム１２に内蔵されている。このように、熱伝達装置５の前記一次媒体は、この場合、前記再循環された排ガスによって形成され、熱伝達装置５の前記二つの二次媒体は、ここでも、前記二つの冷却回路４、２３の二つの冷却媒体によって形成される。
【００４８】
装置２には、図１では、排熱再利用システム６３を選択的に設けることが可能であり、これは排熱再利用回路６４を備え、この内部を作業媒体が循環する。排熱再利用システム６３は、特に、ランキン・クラウシウス・サイクル工程にしたがって作動し、それに応じて、その排熱再利用回路６４内に、前記作業媒体の流れ方向において、順に、気化器６５、膨張器６６、凝縮器６７、および、搬送装置６８を有している。気化器６５は、前記作業媒体を気化させるために使用される。膨張器６６は、前記気化された、特に、過熱された作業媒体を膨張させるために使用され、この場合、膨張器６６は、熱と圧力を機械的な作業に変換し、例えば、発電機６９を駆動する。発電機６９は電気エネルギを生成し、これは、例えば、適切なエネルギ蓄積器、特に、バッテリに蓄積することが可能である。凝縮器６７内では、前記膨張した作業媒体を凝縮することが可能である。ここでは、凝縮器６７は冷却回路７０に接続され、これは、特に、エンジン・ブロック１９、および／または、第一冷却回路４、および／または、第二冷却回路２３、および／または、冷却回路３０内に集積することが可能である。搬送装置６８は、排ガス再利用回路６４内の作業媒体を駆動する。同時に、搬送装置６８は、液状の作業媒体に、比較的高い圧力を与えることが可能である。
【００４９】
このような排熱再利用システム６３が存在すると、その少なくとも一つの二次通路４４を備えた熱伝達装置５を、少なくとも一つのそのような二次媒体が、前記作業媒体によって形成されるように、排熱再利用回路６４内に集積することが可能である。また、熱伝達装置５は、前記排ガス、または、再循環された排ガスが前記一次媒体を形成するように、排ガスシステム１０（図１）、または、排ガス再循環システム１２（図２）に内蔵されている。そして、この場合、熱伝達装置５内で、前記排ガス、または、再循環された排ガスと、前記作業媒体との間の熱伝達接続は気化器６５を形成する。図２では、二つの冷却回路４，２３は、図示を簡略化するためにまとめられている。ここでは、この場合、冷却回路４，２３の少なくとも一つが、排熱再利用回路６４によって形成されていることは明らかである。
【００５０】
図３、４、８から１０、１３、および、１５では、熱伝達装置５はハウジング３１を備えており、これは、チューブ３２を含み、かつ、ジャケット３３を有している。ジャケット３３は、径方向にスペースを置いて、チューブ３２を包んでおり、これにより、チューブ３２とジャケット３３間において、径方向にリング管３４が形成されている。ハウジング３１には、一次入口３５と一次出口３６が形成されている。さらに、ハウジング３１は一次通路３７を有しており、この一次通路は、前記一次入口３５と、前記一次出口３６とを、互いに流体的に接続し、かつ、ある一次媒体、例えば、図１に示す実施形態では、内燃機関３の前記排ガス、また、図２に示す実施形態では、前記再循環された排ガスを、リング管３４を通して移送する。このように、リング管３４は一次通路３７を構成している。これに対して、チューブ３２はバイパス通路３８を構成しており、これは、同様に、一次入口３５を、一次出口３６に流体的に接続し、かつ、前記一次媒体を、チューブ３２を通して移送する。
【００５１】
熱伝達装置５には、また、制御装置３９が設けられており、この制御装置を用いて、前記一次媒体が、一次通路３７とバイパス通路３８を貫流するのを制御することが可能である。例えば、制御装置３９は、また、制御部４０、特に、フラップを備え、この制御部は、チューブ３２内に配置され、これを用いて、チューブ３２の貫流可能な断面を変更することが可能である。例えば、図３は調節部４０の閉じた位置を示し、この位置では、チューブ３２の貫流可能な断面はほとんど遮断され、これにより、前記排ガスは、矢印４１で示すように、一次通路３７を通過し、したがって、リング管３４を通って流れる。これに対して、図４に示す状態では、調節部４０は開いた位置に調節されており、この位置では、チューブ３２の貫流可能な断面は最大に開いている。チューブ３２は、リング管３４より明らかに小さい貫流抵抗を有しているので、前記排ガスは、この場合、矢印４１で示すように、ほとんどチューブ３２だけを通過し、したがって、バイパス通路３８を通過する。図８から１０、１３、および、１５では、調節部４０は、それぞれ、その閉じた位置を連続線で示し、調節部４０の開いた位置を破線で示している。制御装置３９は、少なくとも一つの中間位置、特に、任意の中間位置に調節することが可能であり、要求に応じて、一次通路３７とバイパス通路３８への分流が、所望の分流となるように調節することが可能である。
【００５２】
ここで示す実施形態では、ジャケット３３は、それぞれの場合において、入口漏斗２９を介して、一次入口３５、または、チューブ３２に接続され、かつ、出口漏斗３０を介して、一次出口３６、または、チューブ３２に接続されている。
【００５３】
熱伝達装置５には、また、複数の二次入口４２、および、複数の二次出口４３が設けられており、これらは、複数の二次通路４４を介して、互いに流体的に接続されており、この場合、二次通路４４は、それぞれ、一つの二次媒体を移送する。前記各二次媒体は、図１および２に示す例では、二つの冷却回路４、２３の第一および第二冷却手段によって形成されている。二次通路４４は、一次通路３７と二次通路４４との間で、媒体分離的で、熱伝達的な接続が行われるように、一様に、リング管３４によって案内されている。別々な二次入口４２は、図では、その数に応じて示されており、これにより、第一の二次入口４２１、第二の二次入口４２２、および、必要であれば、第三の二次入口４２３が備えられる。同じことは、別々の二次出口４３と別々の二次通路４４にも当てはまり、これにより、第一の二次出口４３１、第二の二次出口４３２、および、必要であれば、第三の二次出口４３３が備えられ、同様に、第一の二次通路４４１、第二の二次通路４４２、および、必要であれば、第三の二次通路４４３が備えられる。
【００５４】
図１３から１５では、二次通路４４は、少なくとも二つのコイル４５によって形成されている。これらのコイル４５は、この場合、リング管３４内に配置され、チューブ３２を螺旋状に巻き付けられている。各コイル４５は一つの二次通路４４を案内している。ここでは、コイル４５は、それぞれ、コイル・チューブ４６を用いて形成され、このコイル・チューブは螺旋状に伸び、内部で前記二次媒体を移送、つまり、前記各二次通路４４を備え、かつ、外側に、前記一次媒体に晒される冷却フィン４７を有している。
【００５５】
そして、図３から９に示す実施形態では、少なくとも二つのコイル４５が、リング管３４内に、径方向に、互いに上下に配置されている。前記径方向は、この場合、線形のジャケット３３、または、線形のチューブ３２の長手軸に関係がある。チューブ３２とジャケット３３は、実用的には、円筒状に形成される。ここでは、チューブ３２とジャケット３３は、すべての実施形態において、それぞれ、丸みのある断面を有しており、それは、円形、または、卵形、または、楕円形が可能である。
【００５６】
個々のコイル４５は複数のループを有しており、これはチューブ３２に巻き付き、図５ａ、および、５ｂに示されている。コイル４５を径方向に、互いに上下に配置することによって、図５ａおよび５ｂでは、内側のコイル４５１のループ４９１は内側の位置に存在し、これらはチューブ３２に直接隣接している。さらに、外側のコイル４５２のループ４９２は外側の位置に存在し、これらは、ジャケット３３に直接隣接して配置されている。ここで示す実施形態のように、二つ以上のコイル４５が備えられていると、少なくとも一つの中間コイル４５３も存在し、これは中間ループ４９３を備え、これは、チューブ３２とジャケット３３の両方に間接的にのみ隣接、つまり、それぞれ、内側ループ４９１および外側ループ４９２を介して隣接する。
【００５７】
図５ａでは、径方向に隣接するコイル４５は、そのループ４９に関し、径方向一列に配置することが可能である。図５ｂでは、前記径方向に隣接するコイル４５を、それぞれ、ループ断面の半分だけ、軸方向に、互いにジグザグに配置すると、よりコンパクトな設計が得られる。
【００５８】
制御部４０の位置に応じて、いわば所望通りに、前記一次媒体を、一次通路３７とバイパス通路３８に分配するのを可能にするために、ここで示す実施形態では、チューブ３２は連続して構成されており、これにより、チューブは一次入口３５と一次出口３６に直接接続されるか、または、その一次入口３５および一次出口３６を形成する。チューブ３２は、特に、入口部２９に、さらに、穿孔された、ここでは、スリットの付いた入口部５０を備え、かつ、特に、出口部３０に、穿孔された、ここでは、スリットの付いた出口部５１を備えており、この結果、チューブ３２とリング管３４間の流体的接続が行われる。入口部５０は、この場合、コイル４５の上流に位置し、他方、出口部５１は、コイル４５の下流に位置する。制御部４０が開いている場合、リング管３４の貫流抵抗は、リング管３４内に配置されたコイル４５を通して大きいので、前記一次媒体は、ほとんど、より小さい貫流抵抗を有することが明らかなチューブ３２だけを通って流れる。
【００５９】
図３、４、８から１０および１３では、ハウジング３１は入口漏斗２９を有し、これは、チューブ３２からジャケット３３までの入口側移行部を形成するとともに、内部に、穿孔された入口部５０が位置し、前記ハウジング３１は、また、出口漏斗３０を有し、これは、チューブ３２からジャケット３３までの出口側移行部を形成するとともに、内部に、穿孔された出口部５１が位置している。これに対して、図１５に示す実施形態は、入口漏斗２９の代わりに入口側の端底部５８、つまり、入口端底部５８を備え、かつ、出口漏斗３０の代わりに、出口側の端底部５９、つまり、出口端底部５９を備えており、これらは、ハウジング３１の終面側の端部を構成するとともに、ジャケット３３に、例えば、フランジングによって固定されている。この場合、ジャケット３３とチューブ３２は、互いに、直接接続されてはいない。ジャケット３３は、この場合、軸方向４８において、ガスが通過可能な入口部５０と、ガスが通過可能な出口部５１の両方を覆っている。
【００６０】
図７はコイル配置５４を示すが、熱伝達装置５の他の実施形態におけるリング管３４内で実現することが可能なチューブ３２とジャケット３３は除いている。コイル配置５４は三つのコイル４５、つまり、第一コイル４５１、第コイル４５２、および、第三コイル４５３を備えている。コイル４５は三つの軸方向に隣接したコイル・パッケージ５５、つまり、第一コイル・パッケージ５５１、第二コイル・パッケージ５５２、および、第三コイル・パッケージ５５３を形成している。ここでも、前記軸方向は、ハウジング３１の長手軸４８によって構成されている。各コイル・パッケージ５５においては、各コイル４５から一つのコイル部５６が伸び、これは、複数のループ４９を備えている。コイル４５、つまり、コイル部５６の全部で３段のコイル配置によって、ループ４９のために、全部で三つの異なる径方向位置、つまり、径方向内側位置、径方向外側位置、および、前記内側位置と外側位置間に位置する中間位置が得られる。各コイル部５６においては、対応するループ４９の径方向位置は、同じコイル・パッケージ５５内では同じである。これに対して、同じコイル４５のループ４９の径方向位置は、異なるコイル・パッケージ５５内では異なっている。
【００６１】
図７の例では、第一コイル・パッケージ５５１（図７の左に示す）において、第一コイル４５１の第一コイル部５６１は径方向内側に配置され、これにより、この第一コイル部５６１のすべてのループ４９は内側位置を占める。第二コイル４５２の第一コイル部５６１では、ループ４９は外側に位置し、したがって、外側位置を占める。第三コイル４５３では、第一コイル部５６１のループ４９は中間位置に位置する。このように、第一コイル・パッケージ５５１の三つのコイル４５は、それぞれ、一つの第一コイル部５６１を有しており、その内部で、対応するループ４９は、それぞれ、軸方向に隣接して位置し、かつ、同じ径方向位置に配置されている。
【００６２】
そして、第二コイル・パッケージ５５２（図７の中央に示す）では、第二コイル部５６２の径方向位置は変更されている。こうして、第一コイル４５１の第二コイル部５６２は、今度は、中間位置に存在する。そして、第二コイル４５２の第二コイル部５６２は内側位置に位置し、かつ、第三コイル４５３の第二コイル部５６２は、今度は、外側位置に位置している。
【００６３】
第三コイル・パッケージ５５３（図７の右に示す）では、対応する第三コイル部５６３の径方向位置は再度切り替えられている。こうして、第一コイル４５１の第三コイル部５６３は、今度は、外側位置に位置している。そして、第二コイル４５２の第三コイル部５６３は中間位置に位置し、かつ、第三コイル４５３の第三コイル部５６３は、今度は、内側位置に位置している。
【００６４】
図７では、隣接するコイル・パッケージ５５間では、各コイル４５のために、接続チューブ５７を備えることが可能であり、これは、径方向の、より外側に位置するコイル・パッケージ５５のコイル部５６を、径方向の、より内側に位置する他の各コイル・パッケージ５５のコイル部５６に、流体的に接続する。
【００６５】
今度は、コイル４５が、熱伝達性能において互いに異なる実施形態を、図８および９を参照して例として説明する。ここでは、これらの実施形態は、前述した実施形態、および、以下の実施形態と、いわば、任意に組み合わせることが可能である。
【００６６】
例えば、図８に示す実施形態では、個々のコイル４５は、貫流可能な断面が互いに異なっている。このように、例えば、図８に示すコイル４５は、チューブ３２からの径方向距離が大きくなるにつれて、より大きな貫流可能な断面を示す。各コイル４５、つまり、各コイル部５６では、貫流可能な断面は一定である。図８では、内側コイル４５１は最小の貫流可能な断面を有し、外側コイル４５２は最大の貫流可能な断面を有している。中間コイル４５３は中間の貫流可能な断面を有している。さらに、図８および９の実施形態では、コイル４５は、ループ４９の数が互いに異なっている。明らかに、より外側に配置されたコイル４５、つまり、コイル部５６は、より内側に配置されたコイル４５、つまり、コイル部５６より少ない数のループ４９を有している。こうして、例えば、内側コイル４５１は最大のループ数を有し、外側コイル４５２は最少のループ数を有している。中間に配置されたコイル４５３は中間数のループを有している。
【００６７】
コイル４５の熱伝達性能に影響を与える他の手法は、例えば、コイル４５、または、コイル・チューブ４６、および、冷却フィン４７に異なる材料を使用することである。さらに、冷却フィン４７を、その大きさ、かつ／または、配置密度、かつ／または、形状に関し、互いに異ならせることも可能である。異なる材料を使用することは、熱伝達係数が異なることにつながる。前述の手法は、任意に互いに組み合わせることが可能である。異なるコイル４５の異なる熱伝達性能の目的は、前記第一媒体から前記第二媒体への熱伝達をできる限り均一にすることである。
【００６８】
図８に示す実施形態、ならびび、図３から５および７までの実施形態では、すべてのコイル４５は、径方向にだけ互いに上下に配置されている。結果的に、同じ径方向位置において、軸方向に互いに隣接しているループ４９は、同じコイル４５、つまり、同じコイル部５６に属している、ただし、コイル４５はコイル・チューブ５５に分割されている。径方向に三段、つまり、三層のコイル配置５４は、また、わずか三つのコイル４５を備えているだけである。
【００６９】
これに対して、図９に示す実施形態では、今度は、径方向に三段、つまり、三層の配置は、三つ以上のコイル４５、つまり、六つのコイル４５を備えている。径方向内側、つまり、内部位置には、第一コイル４５１が位置している。そして、この第一コイル４５１のすべてのループ４９は第一ループ４９１であって、これは軸方向に隣接している。中間位置には、第二コイル４５２および第三コイル４５３が位置しており、これらは、第二および第三ループ４９２および４９３を備えており、これらは、軸方向に、交互に入れ替わっている。ここでは、二つのコイル４５２および４５３は、二重の螺旋状に、軸方向に、互いに撚り合わせて配置されている。したがって、第二チューブ４９２および第三チューブ４９３は、軸方向に隣接して、交互に配置されている。外側位置には、例えば、図９では、三つのコイル４５、つまり、第四コイル４５４、第五コイル４５５、および、第六コイル４５６さえ配置されている。これら三つのコイル４５４、４５５、４５６は、この場合、二重、または、それ以上の螺旋状に、軸方向に、交互に配置されており、第四ループ４９４、第五ループ４９５、および、第六ループ４９６は、軸方向に隣接して配置され、かつ、規則的に入れ替わっている。
【００７０】
ある実施形態で、三つ、または、それ以上のコイル４５が配置されていると、二つ、または、それ以上のコイル４５が、二次通路４４の少なくとも一つに対して平行に配置されるように形成することが可能である。これにより、各二次通路４４のために、貫流可能な断面を大きくする、つまり、貫流抵抗を少なくすることが可能である。例えば、図９に示す実施形態では、第一コイル４５１は第一の二次通路４４１に割り当てられ、第二コイル４５２と第三コイル４５３３は第二の二次通路４４２に割り当てられ、第四コイル４５４、第五コイル４５５、および、第六コイル４５６は、第三の二次通路４４３に割り当てられるように形成することが可能である。
【００７１】
このような実施形態における個々のコイル４５４、４５５、４５６を、それぞれの、特に、第三の二次媒体が貫流するのを可能にするために、図６ａでは、分配部５２を備えることが可能であり、これは、入口側で、それぞれの、特に、第三の二次入口４２３に接続され、出口側で、三つのコイル４５４、４５５、４５６に接続されている。これに類似して、図６ｂでは、統合部５３を備えることが可能であり、これは、入口側で、三つのコイル４５４、４５５、４５６に接続され、出口側で、それぞれの、特に、第三の二次出口４３３に接続されている。基本的に、分配部５２と統合部５３は、類似して、特に、同じに形成することが可能である。
【００７２】
このような分配部５２は、この場合、ハウジング３１内に配置し、かつ、それぞれの外側の二次入口４２に接続することが可能である。同様に、このような分配部５２は、ハウジング３１の外側に配置することが可能であり、これにより、各二次入口４２を直接形成する。同じことは、統合部５３にも当てはまり、これは、ハウジング３１内に配置され、かつ、それぞれ、ハウジング３１の外側に配置された二次出口４３に接続されるか、または、ハウジング３１の外側に配置され、かつ、自身で、各二次出口４３を形成する。
【００７３】
そして、図１０に示す実施形態では、径方向に一層、つまり、一段のコイル配置５４が備えられており、この場合、図示した二つのコイル４５が、リング管３４内に、軸方向に、交互に配置されており、これにより、ここでも、異なるコイル４５のループ４９が、軸方向に、隣接して位置している。ここでは、二つのコイル４５しか配置されていないので、コイル配置５４は、一つの二重螺旋形状を有している。この場合、コイル４５は、リング管３４内で、軸方向に、互いに撚り合わせてあるので、すべてのコイル４５のすべてのループ３２は、同じ径方向位置に存在し、この場合、それらは、チューブ３２とジャケット３３の両方に、それぞれ、直接隣接している。
【００７４】
「直接隣接」する形成は、本明細書では、各ループ４９間、または、各コイル４５間、または、各コイル部５６間において、他のループ、コイル部、または、コイルは一切配置されておらず、他方、チューブ３２との接触、または、ジャケット３３との接触は必要ではない。それどころか、内側ループ４９が、断熱材を介してチューブ３２に当接するように形成することさえ可能である。加えて、または、代わりに、外側ループ４９は、断熱材を介してジャケット３３に当接している。そして、同じことは、図１０および１３の一段、つまり、一層構造の配置にも当てはまる。外側の絶縁体に加えて、または、代わりに、一方で、ジャケット３３に、他方で、各コイル４５、または、コイル配置５４に支持され、ジャケット３３内のコイル４５、または、コイル配置５４を、軸方向に固定するような軸受を備えることが可能である。その軸受として、例えば、軸受マット型の断熱軸受を用いることが可能なのは、特に有利である。図１４では、外側の絶縁体６０、または、軸受６１が認識できる。
【００７５】
図１１および１２では、二つのコイル４５は、二重螺旋により、軸方向に、互いに撚り合わせて配置することが可能である。個々のコイル４５は、この場合、同様に形成することが可能である。
【００７６】
図１３は、図１０の熱伝達装置の変形例を示し、この場合、全く一例として、コイル配置５４は二つのコイル４５だけでなく、三つのコイル４５も備え、これらは、三重の螺旋状に、軸方向に、互いに撚り合わせて配置されており、これにより、ここでも、異なるコイル４５のループ４９は、軸方向に、隣接して位置している。
【００７７】
図１４では、各コイル４５と、ハウジング側の二次接続部、つまり、二次入口４２、または、二次出口４３との流体的接続は、好適な実施形態では、直接ではなく、連結遮断部６２を介して、つまり、間接的に行われる。各連結遮断部６２は、この場合、ハウジング３１内に配置されている。前記連結遮断部は、移動可能、または、可撓性であり、各コイル４５と、ハウジング３１、または、ジャケット３３との間の相対移動を相殺することが可能である。このような相対移動は、例えば、ジャケット３３の熱膨張係数と、各コイル４５の熱膨張係数が異なることによって発生する可能性がある。連結遮断部６２は、例えば、金属製の波形ホース、または、二重のインターロッキング金属ホースとして構成することが可能である。前記連結遮断部は、径方向に、一層、または、それ以上形成することが可能である。前記連結遮断部は、内側、および／または、外側に、弾性保護層を備えることが可能であり、これは、前記波型ホースの波構造を覆っている。このような保護層は、例えば、二重のインターロッキング型として形成することが可能である。図１４の例では、連結遮断部６２は、一端で、各二次接続部４２、４３に流体的に接続され、他端で、分配部５２、または、統合部５３に接続され、統合部５３は、図１４において、全く一例として、三つのコイル４５に、順に、流体的に接続されている。
【符号の説明】
【００７８】
１  車両
３  内燃機関
４  第一冷却回路
５  熱伝達装置
７  燃焼室
８  清浄空気システム
１０  排ガスシステム
１２  排ガス再循環システム
２３  第二冷却回路
３１  ハウジング
３２  チューブ
３３  ジャケット
３４  リング管
３５  一次入口
３６  一次出口
３７  一次通路
３８  バイパス通路
３９  制御装置
４２  二次入口
４３  二次出口
４４  二次通路
４５  コイル
４６  コイル・チューブ
４７  冷却フィン
４９  ループ
５５  コイル・パッケージ
５６  コイル部
５７  接続チューブ
６２  連結遮断部
６３  排熱再利用システム
６４  排熱再利用回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
2014059136.tif 000009
【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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