(57)【要約】      （修正有）【課題】コンパクトな設計、および、高効率を特徴とする改良された熱伝達装置を提供すること。【解決手段】冷却すべき第一媒体用であって、上記第一媒体を移送する第一通路を介して、互いに流体的に接続された第一入口２９および第一出口３０、加熱すべき第二媒体用であって、上記第二媒体を移送する第二通路を介して、互いに流体的に接続された第二入口３２及び第二出口３３、および加熱すべき第三媒体用であって、上記第三媒体を移送する第三通路を介して、互いに流体的に接続された第三入口３５及び第三出口３６を備え、上記第一通路は、上記第二通路および上記第三通路と、媒体分離的、かつ、熱伝達的に接続され、上記第一通路と上記第二通路との間の上記熱伝達接続は、上記第一媒体の流れ方向に関し、上記第一通路と上記第三通路との間の上記熱伝達接続の上流で行われることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却すべき第一媒体用であって、上記第一媒体を移送する第一通路（３１）を介して、互いに流体的に接続された第一入口（２９）および第一出口（３０）、
加熱すべき第二媒体用であって、上記第二媒体を移送する第二通路（３４）を介して、互いに流体的に接続された第二入口（３２）及び第二出口（３３）、および
加熱すべき第三媒体用であって、上記第三媒体を移送する第三通路（３７）を介して、互いに流体的に接続された第三入口（３５）及び第三出口（３６）を備え、
上記第一通路（３１）は、上記第二通路（３４）および上記第三通路（３７）と、媒体分離的、かつ、熱伝達的に接続され、
上記第一通路（３１）と上記第二通路（３４）との間の上記熱伝達接続は、上記第一媒体の流れ方向に関し、上記第一通路（３１）と上記第三通路（３７）との間の上記熱伝達接続の上流で行われることを特徴とする熱伝達装置。
【請求項２】
上記第一通路（３１）と、上記第二通路（３４）との上記熱伝達接続、および、上記第一通路（３１）と、上記第三通路（３７）との上記熱伝達接続をバイパスする際に、上記第一媒体を移送するための第四通路（３８）は、上記第一入口（２９）を、上記第一出口（３０）に流体的に接続するとともに、上記第一通路（３１）および上記第四通路（３８）を、上記第一媒体が貫流するのを制御するための制御装置（３９）が備えられてい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】
共通のハウジング（４１）が、上記入口（２９、３２、３５）、および、上記出口（３０、３３、３６）を備え、かつ、上記通路（３１、３４、３７；３１、３４、３７、３８）を有してい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】
上記ハウジング（４１）はチューブ（４３）を有し、かつ、リング管（４４）を形成する際に、上記チューブ（４３）を包むジャケット（４２）を備え、
上記第一通路（３１）は、上記リング管（４４）を通って伸びており、
上記リング管（４４）内を伸び、上記チューブ（４３）に螺旋状に巻き付いた第一コイル（４９）を通って、上記第二通路（３４）が伸びており、
上記リング管（４４）内を伸び、上記チューブ（４３）に螺旋状に巻き付いた第二コイル（５０）を通って、上記第三通路（３４）が伸びており、
上記第四通路（３８）は、上記チューブ（４３）を通って伸びており、
上記制御装置（３９）は上記チューブ（４３）内に配置された制御部（４０）を備え、上記制御部は、上記チューブ（４３）の貫流可能な断面を変更することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の熱伝達装置。
【請求項５】
上記コイル（４９、５０）の少なくとも一つはコイルチューブ（５１、５２）を備え、上記コイルチューブは、内部で上記各媒体を移送し、外部に、上記第一媒体に晒される冷却フィン（５３）を有していることを特徴とする請求項４に記載の熱伝達装置。
【請求項６】
少なくとも一つのコイル（４９）は、連結遮断部（６３）を介して、上記対応する入口（３２；３５）、または、上記対応する出口（３３；３６）に流体的に接続されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の熱伝達装置。
【請求項７】
内燃機関（３）の燃焼室（６）に清浄な空気を供給する清浄空気システム（８）、ならびに、燃焼室（６）からの排ガスを排出する排ガスシステム（１０）を備えた内燃機関（３）と、
作業媒体が循環する排熱回収回路（１２）内において、上記作業媒体を気化させる気化器（１３）、この気化器の下流で、上記作業媒体を膨張させる膨張機（１４）、この膨張機の下流で、上記作業媒体を凝縮させる凝縮器（１５）、および、この凝縮器の下流で、上記排熱回収回路内の上記作業媒体を駆動する搬送装置（１６）を備えた排熱回収システム（４）と、
冷却媒体が循環する冷却回路（５４）と、
請求項１から６のいずれかに記載の、少なくとも一つの熱伝達装置（２８）とを備え、
上記第一通路（３１）は上記排ガスシステム（１０）に内蔵され、上記排ガスは上記第一媒体を形成し、
上記第二通路（３４）は上記排熱回収回路（１２）に内蔵され、上記作業媒体は上記第二媒体を形成し、かつ、上記第一通路（３１）と上記第二通路（３４）との間の熱伝達接続は、上記気化器（１３）を形成し、
上記第三通路（３７）は上記冷却回路（５４）に内蔵され、上記冷却媒体は上記第三媒体を形成することを特徴とする装置。
【請求項８】
内燃機関（３）の燃焼室（６）に清浄な空気を供給する清浄空気システム（８）、燃焼室（６）からの排ガスを排出する排ガスシステム（１０）、ならびに、上記排ガスシステム（１０）から上記清浄空気システム（８）に、排ガスを再循環させる排ガス再循環システム（２３）を備えた内燃機関（３）と、
作業媒体が循環する排熱回収回路（１２）内において、上記作業媒体を気化させる気化器（１３）、この気化器の下流で、上記作業媒体を膨張させる膨張機（１４）、この膨張機の下流で、上記作業媒体を凝縮させる凝縮器（１５）、および、この凝縮器の下流で、上記排熱回収回路（１２）内の上記作業媒体を駆動する搬送装置（１６）を備えた排熱回収システム（４）と、
冷却媒体が循環し、かつ、再循環される上記排ガスを冷却する冷却器（５５）を備えた冷却回路（５４）と、
請求項１から６のいずれかに記載の、少なくとも一つの熱伝達装置（２８）とを備え、
上記第一通路（３１）は上記排ガス再循環システム（２３）に内蔵され、上記再循環された排ガスは上記第一媒体を形成し、
上記第二通路（３４）は上記排熱回収回路（１２）に内蔵され、上記作業媒体は上記第二媒体を形成し、かつ、上記第一通路（３１）と上記第二通路（３４）との間の熱伝達接続は、上記気化器（１３）を形成し、
上記第三通路（３７）は上記冷却回路（５４）に内蔵され、上記冷却媒体は上記第三媒体を形成し、かつ、上記第一通路（３１）と上記第三通路（３７）との間の熱伝達接続は、上記冷却器（５５）を形成することを特徴とする装置。
【請求項９】
上記内燃機関（３）を冷却し、かつ/または、室の空調のための空気流を加熱するために、上記冷却回路（５４）は使用されることを特徴とする請求項７または８に記載の装置。
【請求項１０】
車両（１）を駆動する駆動ライン（７）、および、請求項７から９のいずれかに記載の装置（２）を備え、上記内燃機関（３）は、上記駆動ライン（７）に駆動接続されていることを特徴とする車両。
【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、この熱伝達装置を備えた装置に関する。また、本発明は、そのような装置を備えた車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
第一媒体が、第二媒体と熱伝達的、かつ、媒体分離的に接続される熱伝達装置が一般に知られている。コンパクトで、手頃な価格で構成された熱伝達装置は、例えば、車両に利用される。現代のモータ車は、例えば、内燃機関の排ガスとともに移送される熱を利用するために、排熱回収システムを備えることが可能である。このような排熱回収システムは、例えば、ランキン・サイクル工程、特に、ランキン・クラウシウス・サイクル工程に応じて作動することが可能である。このようなサイクル工程は、作業媒体を気化させることが可能な気化器を備えている。実用的には、このような気化器は、内燃機関の排ガスシステムに内蔵され、これにより、排ガスの熱は、作業媒体を気化させるために利用することが可能である。内燃機関のエンジン・ブロックを冷却するために、さらに、エンジン冷却回路を備えることが可能であり、内部に車両冷却器を内蔵することが可能で、これによって、通常、冷却空気流は冷却剤と熱伝達的に接続され、これが、エンジン・ブロックから余分な熱を取り除く。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、上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、または、その装置を備えた車両のために、特に、コンパクトな設計、および、高効率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】
【０００４】
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。
【０００５】
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、熱伝達装置は、その内部で、一次側の第一媒体が、二次側で、少なくとも二つの他の媒体、つまり、少なくとも、第二媒体と第三媒体に、熱伝達的ではあるが、互いに別々に接続され、これにより、上記第一媒体の流れ方向において、先ず、上記第二媒体が上記第一媒体に熱伝達的に接続され、続いて、上記第三媒体が上記第一媒体に熱伝達的に接続される。二次側に二つ以上の媒体が備えられていると、他の、つまり、例えば、第四媒体を、上記第三媒体の下流で、上記第一媒体に熱伝達的に接続することが可能である。上記第一媒体は熱を供給し、その熱は、先ず、第二媒体、その後、第三媒体、場合によっては、続いて、少なくとも一つの他の媒体に、二段階以上にわたって伝達される。提案した設計では、媒体の流量が適切であれば、上記第一媒体の熱で、上記第二媒体を、上記第三媒体よりも高温に加熱することが特に可能である。これによって、ここで紹介する、二重熱伝達装置とも呼ぶことが可能な、二方向熱伝達装置は、多くの異なった方法で採用することが可能であり、この場合、同時に、コンパクトな構造であり、かつ、特に、二つの別々な熱伝達装置よりも小さい設置スペースを必要とするだけである。さらに、上記第二媒体を移送する第二通路と、上記第三媒体を移送する第三通路の両方が、上記第一通路に熱伝達的に接続されるように、上記二重熱伝達装置を、上記第一媒体を移送する第一通路に内蔵することは、特に容易に実現可能である。この結果、ここで紹介する熱伝達装置を、例えば、内燃機関の周辺、好ましくは、車両内に存在する複雑なシステムに設置することは簡単になる。
【０００６】
上記第二通路と第三通路は、上記第一通路によって、互いに、媒体的に分離され、かつ、必要な場合、上記第四通路によって、上記熱伝達装置を通してバイパスされる。この結果、上記第二通路および第三通路のために、異なる媒体も使用することが可能である。特に、上記第二通路と第三通路を、異なる温度レベルで駆動することが可能である。そして、同じことが、他のいずれの二次側通路にも当てはまる。
【０００７】
このような熱伝達装置を実現するために、本発明が提案する熱伝達装置は、詳細には、冷却すべき第一媒体用に設けられた第一入口および第一出口を備え、上記第一入口および第一出口は、上記第一媒体を移送する第一通路を介して互いに流体的に接続されている。さらに、加熱すべき第二媒体用に第二入口および第二出口が設けられ、上記第二入口および第二出口は、上記第二媒体を移送する第二通路を介して互いに流体的に接続されている。最後に、加熱すべき第三媒体用に第三入口および第三出口が設けられ、上記第三入口および第三出口は、上記第三媒体を移送する第三通路を介して互いに流体的に接続されている。さらに、上記第一通路は、上記第二通路および上記第三通路と、媒体分離的、かつ、熱伝達的に接続され、上記第一通路と上記第二通路との間の熱伝達接続は、上記第一媒体の流れ方向に関し、上記第一通路と上記第三通路との間の熱伝達接続の上流で行われる。ここで、上記第一通路は、上記第二通路および上記第三通路と同様に、上記熱伝達装置の周辺から密閉、つまり、分離されている。そのため、上記熱伝達装置は、特に、組み立て品、または、構成ユニットによって構成され、これらは、上記熱伝達装置を、上記媒体を移送する外部ラインに内蔵するためのすべての接続部を備えている。これは、内部に媒体通路を有し、かつ、外部で、上記第一通路と第二通路、および、上記第一通路と第三通路の熱伝達接続を可能にするか、または、含んでいる。そして、対応する入口および出口は、また、他の任意の二次側通路用に設けることが可能である。
【０００８】
有利な実施形態では、一次側に、上記第一媒体を移送するための第四通路、つまり、バイパス通路を設けることが可能で、上記第一通路と上記第二通路との上記熱伝達接続、および、上記第一通路と上記第三通路との上記熱伝達接続をバイパスする際に、上記第四通路は、上記第一入口を、上記第一出口に流体的に接続する。その上、上記第一通路および第四通路を、上記第一媒体が貫流するのを制御するための制御装置を備えることが可能である。上記制御装置は、例えば、上記第四通路を開き、かつ、遮断するように構成することが可能であり、この場合、少なくとも一つの中間位置に選択的に調節することも可能である。代わりに、上記制御装置は、上記第一通路を遮断し、かつ、開くように構成することが可能であり、ここでも、少なくとも一つの中間位置に選択的に調節することが可能である。上記第四通路が遮断されていると、上記第一媒体は上記第一通路を流れる。上記第四通路が開いていると、上記第二通路との熱伝達接続、および、上記第三通路との熱伝達接続によって生じる、上記第一通路内の流れ抵抗が上昇するために、上記第一媒体は、主に、上記第四通路を流れる。基本的に、上記第一媒体が、上記第一通路および第四通路へ分流するのを、上記制御装置によって任意に調節することが可能である。例えば、上記第一媒体の熱容量、および／または、上記第二媒体または第三媒体の熱要求に応じて、上記制御装置を駆動することが可能である。制御目的として、この場合、例えば、上記第二媒体および／または第三媒体の過熱を回避すること、または、上記第一媒体、または、第二媒体、または、第三媒体の目標温度を調整することが可能である。上記第一通路を流れる上記第一媒体が多ければ多いほど、ますます多くの熱が、上記第二媒体および第三媒体に伝達することが可能である。上記第四通路を流れる上記第一媒体の割合が高ければ高いほど、上記第二媒体および第三媒体への熱伝達は低くなる。
【０００９】
そして、特に有利な実施形態では、共通のハウジングが備えられており、このハウジングは、上記入口および上記出口を備え、かつ、上記通路を有している。上記共通のハウジングは、したがって、上記第一入口、第二入口、第三入口、第一出口、第二出口、および、第三出口のために別々な接続部を有し、かつ、構造物、特に、上記第一通路、第二通路、および、第三通路を構成する壁、チューブ、および、ラインを有している。また、上述した第四通路が備えられていると、この第四通路も、上記共通のハウジング内に形成される。共通のハウジングを使用することによって、ラインシステムを備えた複雑な装置であって、そのラインが個々の通路に内蔵することが可能な装置に、ここで紹介する熱伝達装置を、容易に、かつ、コンパクトに集積することが可能である。
【００１０】
特に有利な実施形態では、上記熱伝達装置のハウジングは、特に、線形で、かつ／または、円筒状のチューブを有し、また、特に、線形で、かつ／または、円筒状のジャケットを備え、上記ジャケットは、リング管を形成する際に上記リングを包む。そして、上記第一通路は上記リング管によって案内されている。上記リング管内を伸び、上記チューブに螺旋状に巻き付いた第一コイルによって、上記第二通路は案内されている。上記リング管内を伸び、上記チューブに螺旋状に巻き付いた第二コイルによって、上記第三通路は案内されている。上記第四通路が備えられていると、その第四通路は上記チューブによって案内される。上記対応する制御装置は、例えば、上記チューブの貫流可能な断面を変更する制御部であって、上記チューブに配置された制御部を備えることが可能である。これにより、上記熱伝達装置のための、特に、コンパクトな設計が得られ、この場合、各コイルは大きな熱伝達面を提供し、したがって、上記第一媒体と第二媒体間、または、上記第一媒体と第三媒体間において、効率的な熱伝達が可能になる。リング管内では、上記第二コイルは、上記第一媒体の流れ方向に関し、上記第一コイルの下流に配置されている。ここでは、上記二つのコイルは、上記リング管内で、軸方向に互いに隣接している。ここで紹介するチューブ設計では、上記チューブとジャケットは、丸みのある、例えば、円形、または、楕円形、または、卵形の断面を有し、かつ、円筒状に伸びており、一次側で、比較的高い圧力が可能になっており、この結果、排ガス流の一次側で、上記熱伝達装置を使用することが容易になる。このようなコイルは、内側と外側で、同じように、比較的高い圧力にさら晒すことが可能であり、これは、排ガス流の一次側、および、例えば、排熱回収回路の二次側で、上記熱伝達装置を使用するのを簡略化する。
【００１１】
二次側に二つ以上の媒体、または、通路が備えられていると、軸方向に互いに連続した、二つ以上のコイルを備えることも可能である。
【００１２】
上記チューブは、上記第一入口および第一出口に直接接続することが可能で、また、上記第一媒体を通過させる、特に、穿孔された入口部、および、上記第一媒体を通過させる、特に、穿孔された出口部を備えることが可能である。
【００１３】
他の有利な構成では、上記コイルの少なくとも一つはコイルチューブを備えることが可能で、上記コイルチューブは、内部で上記各媒体を移送し、外部に、上記第一媒体に晒される冷却フィンを有している。実用的には、両方のコイルに、このようなコイルチューブおよび冷却フィンが備えられている。上記冷却フィンは環状のデイスクとして形成されており、外側に、上記コイルチューブに、軸方向に互いに離間して配置されている。代わりに、上記冷却フィンをストリップで実現することも可能で、上記ストリップは上記コイルチューブの周りに、螺旋状に巻かれる。上記冷却フィンは、この場合、上記コイルチューブに圧着するか、または、半田付けするか、または、熔接することが可能である。
【００１４】
上記ハウジング、特に、上記チューブおよびジャケット、ならびに、上記コイル、特に、各コイルチューブ、および、上記冷却フィンの材料として、使用条件に応じて、好ましくは鉄合金、特に、鋼、特に、ステンレス鋼が使用される。さらに、軽金属、または、軽金属合金、例えば、アルミニウム、または、アルミニウム合金を使用することも可能である。代わりに、胴、または、胴合金を使用することも可能である。侵攻性の排ガスから保護するため、排ガスに晒される表面に、特に、セラミックの保護層を設けることも可能である。特に、胴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。
【００１５】
本発明による第一装置は、内燃機関の燃焼室に清浄な空気を供給する清浄空気システムと、燃焼室からの排ガスを、上記内燃機関から排出する排ガスシステムとを有する内燃機関を備えている。さらに、上記装置には排熱回収システムが設けられており、上記排熱回収システムは、作業媒体が循環する排熱回収回路、上記作業媒体を気化させる気化器、この気化器の下流で、上記作業媒体を膨張させる膨張機、この膨張機の下流で、上記作業媒体を凝縮させる凝縮器、および、この凝縮器の下流で、上記排熱回収回路内の上記作業媒体を駆動する搬送装置を備えている。さらに、上記装置には、内部で冷却媒体が循環する冷却回路が設けられている。また、上記装置には、上述したタイプの熱伝達装置が設けられており、この場合、上記第一通路は上記排ガスシステムに内蔵され、これにより、上記排ガスは上記第一媒体を形成する。さらに、上記第二通路は上記排熱回収回路に内蔵され、これにより、上記作業媒体は上記第二媒体を形成し、上記第一通路と第二通路間の熱伝達接続は、上記気化器を形成する。最後に、上記第三通路は上記冷却回路に内蔵され、これにより、上記冷却媒体は上記第三媒体を形成する。したがって、このような装置の内部で、ここで紹介する熱伝達装置は、一方で、気化器、他方で、冷却器を構成する。上記気化器を介して、上記排ガスから、比較的大量の熱が、比較的高い温度レベルで除去される。上記冷却器を介して、上記排ガスは、さらに、例えば、所望の目標温度に冷却される。ここでは、上記冷却回路は、明らかに、上記排熱回収回路より低い温度レベルで駆動することが可能である。ここで紹介する装置は、ここで紹介する熱伝達装置によって、比較的コンパクトに構成することが可能である。
【００１６】
本発明による第二装置は、以下の点で、上述した第一装置と異なっている、つまり、先ず、排ガスを、上記排ガスシステムから、上記清浄空気システムに再循環させるための排ガス再循環システムが備えられており、この場合、冷却回路は、上記再循環された排ガスを冷却する冷却器を備えている。この場合、上記熱伝達装置は、上記第一通路が上記排ガス再循環システムに内蔵されるように、上記装置内に設置されており、これにより、上記再循環された排ガスは、上記第一媒体を形成する。ここでは、上記第二通路も、上記排熱回収回路に内蔵されており、これにより、上記作業媒体は上記第二媒体を形成し、かつ、上記第一通路と第二通路間の熱伝達接続は、上記気化器を形成する。また、この第二装置では、上記第三通路は上記冷却回路に内蔵されており、これにより、上記冷却媒体は上記第三媒体を形成する。また、この第二装置では、上記第一通路と第三通路間の熱伝達接続は、上記再循環された排ガスを冷却するための冷却器を形成する。ここで紹介する装置では、排熱回収システムは、排ガス再循環システムに、特に、コンパクトに集積されており、これにより、一方で、上記再循環された排ガスの効率的な冷却が実現され、他方で、工程で発生した熱を利用することが可能である。このような設計は、比較的大容量の内燃機関で、比較的大きな排ガス再循環率が実現される場合に、特に、有利である。このような熱伝達装置を用いた、上記排ガス再循環システムと上記排熱回収回路の熱伝達接続では、従来の排ガス再循環冷却器の冷却に使用されるエンジン冷却回路は、負荷からほぼ解放される。上記熱伝達装置の、気化器として作用する部分を介して、上記排ガスから除去することが可能な全エネルギを、上記エンジン冷却回路によってこれ以上吸収する必要はない。
【００１７】
さらに、上記装置には、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、この場合、一方は、上記排ガスシステムの一次側に配置し、他方は、上記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、上記二つの熱伝達装置を、互いに独立して接続することが可能である。同様に、上記二つの熱伝達装置を、二次側で直列に接続し、例えば、最初に貫流される熱伝達装置内の上記排熱回収回路の上記作業媒体を気化させ、かつ、次に貫流される熱伝達装置の上記作業媒体を過熱することが考えられる。
【００１８】
他の有利な構成では、上記冷却回路を、上記内燃機関を冷却するために使用することが可能である。加えて、または、代わりに、上記冷却回路を、室、特に、車両の乗客室の空調のための空気流を加熱するために使用することが可能である。
【００１９】
例えば、陸上車両、または、飛行機、または、水上車両として用いることが可能な、本発明による車両は、上記車両を駆動する駆動ライン、ならびに、上述したタイプの装置を備え、この場合、上記内燃機関は上記駆動ラインに駆動接続される。つまり、上記車両では、上記内燃機関は上記車両を駆動するために使用される。
【００２０】
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。
【００２１】
上述した特徴、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】
【００２２】
【図１】様々な実施形態による装置を備えた車両の、非常に簡略化された概念的な原理図である。
【図２】様々な実施形態による装置を備えた車両の、非常に簡略化された概念的な原理図である。
【図３】熱伝達装置の等尺図である。
【図４】熱伝達装置の長手方向断面図である。
【図５】熱伝達装置の長手方向断面図である。
【図６】連結遮断部における熱伝達装置の等尺断面図である。
【図７】他の実施形態による熱伝達装置の、簡略化された長手方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
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、様々な実施形態による装置を備えた車両の、非常に簡略化された概念的な原理図である。図３は、熱伝達装置の等尺図である。図４および５は、それぞれ、異なる動作状態における熱伝達装置の長手方向断面図である。図６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７は、他の実施形態による熱伝達装置の、簡略化された長手方向断面図である。
【００２５】
図１および２では、好ましくは、陸上車両、特に、路上車両、代わりに、水上車両、または、飛行機として使用可能な車両１は、順に、内燃機関３、ならびに、排熱回収システム４を有する装置２を備えている。内燃機関３はエンジン・ブロック５を有し、その内部には、複数の燃焼室６が配置され、この燃焼室は、例えば、シリンダによって構成され、内部には、ピストンがストローク調節可能に配置されている。内燃機関３は、車両１内で、車両１を駆動するために用いられ、また、車両１の駆動ライン７に駆動接続されている。例えば、ここでは図示しない、エンジン・ブロック５のクラク・シャフトは、駆動ライン７を駆動する。
【００２６】
内燃機関３は、通常、燃焼室６に、清浄な空気を供給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が矢印９で示されている。さらに、排ガスシステム１０が備えられており、これは、排ガスを燃焼室から排出するために利用され、対応する排ガス流が矢印１１で示されている。
【００２７】
排熱回収システム４は排熱回収回路１２を備え、この内部を作業媒体が循環し、上記作業媒体の流れ方向において、順に、上記作業媒体を気化させる気化器１３、上記作業媒体を膨張させる膨張機１４、上記作業媒体を凝縮させる凝縮器１５、および、上記作業媒体を駆動する搬送装置１６が上記排熱回収回路１２内に配置されている。膨張機１４は、例えば、電力を生成する発電機を駆動し、この発電機は、例えば、ここでは図示しない蓄電器、例えば、バッテリに接続されている。凝縮器１５は冷却回路１８に内蔵されており、この冷却回路内では冷却媒体が循環する。排熱回収システム４は、ランキン・サイクル工程、または、ランキン・クラシウス・サイクル工程に従って作動する。
【００２８】
内燃機関３には、エンジン・ブロック５を冷却するために、さらに、冷却回路１９が設けられており、この場合、エンジン・ブロック５内を伸びる冷却剤通路が破線により示されている。冷却回路１９にはラジエータ２０が内蔵されており、このラジエータは冷却空気流２１に晒され、この冷却空気流は、車両１内で車両の運転中に発生する、いわゆる向かい風である。加えて、冷却空気流２１は、送風機２２によって生成するか、または、強くすることが可能である。
【００２９】
図２では、装置２には、また、排ガス再循環システム２３を設けることが可能であり、これは、排ガスを、排ガスシステム１０から清浄空気システム８に循環させるのを可能にする。また、排ガス再循環ライン２４は、ダイナミック圧力フラップ２５の排ガス側上流で、排ガスシステム１０に接続され、かつ、スロットル・バルブ２６の清浄空気側下流で、清浄空気システム８に接続されている。排ガス再循環システム２３は、また、排ガス再循環バルブ２７を備えており、これは排ガス再循環ライン２４内に配置され、排ガス再循環率の調節に利用することが可能である。
【００３０】
各装置２には、また、少なくとも一つの熱伝達装置２８が設けられており、これは、以下に、特に、図３から７に基づいてさらに詳しく説明する。
【００３１】
図１から７では、熱伝達装置２８は、一次側で冷却すべき第一媒体用の第一入口２９、および、第一出口３０を備えている。第一入口２９と第一出口３０は、上記第一媒体を移送する第一通路３１を介して、互いに流体的に接続されている。熱伝達装置２８は、また、二次側で加熱すべき第二媒体用の第二入口３２、および、第二出口３３を備えており、これらは、上記第二媒体を移送する第二通路３４を介して、互いに流体的に接続されている。さらに、熱伝達装置２８には、二次側で加熱すべき第三媒体用の第三入口３５、および、第三出口３６が設けられており、これらは、上記第三媒体を移送する第三通路３７を介して、互いに流体的に接続されている。そして、熱伝達装置２８内では、第二通路３４と第三通路３７が、それぞれ、第一通路３１と媒体分離的、かつ、熱伝達的に接続されている。ここでは、第一通路３１と第二通路３４間の上記熱伝達接続は、上記第一媒体の流れ方向に関し、第一通路３１と第三通路３７間の上記熱伝達接続の上流で実現される。
【００３２】
他の実施形態では、また、二次側に、少なくとも一つの他の入り口、出口、および、通路を備えることが可能である。
【００３３】
ここで示す実施形態では、熱伝達装置２８は、また、同様に上記第一媒体の移送用に備えられた、第四通路３８を備えており、第一通路３１と第二通路３４の熱伝達接続、および、第一通路３１と第三通路３７の熱伝達接続をバイパスする際に、第四通路３８は、第一入口２９を第一出口３０に流体的に接続する。このように、第四通路３８は、第二通路３４との熱伝達接続、および、第三通路３７との熱伝達接続に関し、第一通路３１のためのバイパス通路を構成している。さらに、制御装置３９が備えられており、これによって、第一通路３１と第四通路３８を上記第一媒体が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は制御部４０を備えることが可能で、これは、例えば、バルブ、特に、蝶バルブを用いて実現可能であり、好ましくは、第一通路３１、または、第四通路３８の貫流可能な断面を変更する。
【００３４】
特に、熱伝達装置２８は共通のハウジング４１を有し、このハウジングは前述の入口２９、３２、３５、および、前述の出口３０、３３、３６を備え、また、前述の通路３１、３４、３７ならびに３８を有している。
【００３５】
図３から７に示す好適な実施形態では、ハウジング４１はジャケット４２を備え、このジャケットは円筒形状で、かつ、線形に形成されている。さらに、ハウジング４１はチューブ４３を有し、このチューブは、同様に線形で、かつ、円筒形状に形成され、ジャケット４２内に同軸状に配置されている。ここでは、ジャケット１２の内径はチューブ４３の外形より大きく、リング管４４を形成する際に、ジャケット４２はチューブ４３を包む。チューブ４３は、穿孔された入口部４５を介して第一入口２９に接続されるとともに、穿孔された出口部４６を介して第一出口３０に接続されている。穿孔された入口部４５を介して、第一入口２９とリング管４４の入口部４７との間の流体的接続が得られる。チューブ４３の出口部４６の穿孔を介して、リング管４４の出口部４８と第一出口３０間の流体的接続が得られる。
【００３６】
ここでは、チューブ４２とジャケット４３は、すべての実施形態で、それぞれ、丸みのある断面を有し、この断面は、円形、または、卵形、または、楕円形に形成することが可能である。
【００３７】
第一通路３１はリング管４４によって案内される。これに対して、第四通路３８はチューブ４３によって案内される。また、ここでは、制御装置３９は、チューブ４３内に配置された制御部４０を有し、これにより、チューブ４３の貫通可能な断面を変更することが可能である。図４と７では、制御部４０は閉じた位置に調節されており、この位置では、チューブ４３の貫流可能な断面はほぼ遮断されている。この結果、上記第一媒体は、リング管４４を通って、つまり、第一通路３１に沿って流れる。これに対して、図５では、制御部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４３の貫流可能な断面は充分に開かれている。一様に開いたリング管４４の貫流抵抗ははるかに大きいので、この場合、上記第一媒体はチューブ４３を通って、つまり、第四通路３８に沿って流れ、これによって、第二通路３４との熱伝達接続、および、第三通路３７との熱伝達接続を迂回する。また、基本的に、任意の中間位置に調節可能であることは明らかである。図４および７で、破線は制御部４０の開いた位置を示し、図５では、制御部４０の閉じた位置を示している。
【００３８】
リング管４４内には、第一コイル４９が配置され、この第一コイルはチューブ４３に螺旋状に巻き付き、第二通路３４を通って伸びている。つまり、第一コイル４９は、第二入口３２と第二出口３３を互いに流体的に接続している。リング管４４内では、また、第一コイル４９に軸方向に隣接して、第二コイル５０が配置され、この第二コイルは、同様に、チューブ４３に螺旋状に巻き付いている。第二コイル５０は、第三入口３５を第四出口３６に流体的に接続し、これにより、第三通路３７は第二コイル５０によって案内されている。各コイル４９、５０は、それぞれ、コイルチューブ５１および５２を備え、このチューブは、内部で、各媒体を移送し、また、外側に冷却フィン５３を有しており、冷却フィンは、リング管４４内で、上記第一媒体に晒される。二次側における他の任意の通路において、他のコイルを配置することが可能である。
【００３９】
図４および５の例では、ハウジング４１は入口漏斗５６を有し、この入口漏斗は、チューブ４３からジャケット４２までの入口側移行部を形成し、その内部に、穿孔された入口部４５が位置している、また、ハウジング４１は出口漏斗５７を有し、この出口漏斗は、チューブ４３からジャケット４２までの出口側移行部を形成し、その内部に、穿孔された出口部４６が位置している。これに対して、図７は、入口漏斗５６の代わりに入口側端底部、つまり、入口端底部５８を備え、出口漏斗５７の代わりに、出口側端底部、つまり、出口端底部５９を備えた実施形態を示しており、これらの端底部は、ハウジング４１の面側端部を構成し、かつ、例えば、つば出しによって、ジャケット４２に固定されている。この場合、ジャケット４２とチューブ４３は、互いに直接には接続されていない。この場合、ジャケット４２は熱伝達装置２８の軸方向６０において、ガスが通過可能な入口部４５と、ガスが通過可能な出口部４６の両方を覆っている。
【００４０】
図６では、コイル４９、５０が、径方向内側で、断熱材を介してチューブ４３に当接するように配置することが可能である。加えて、または、代わりに、少なくとも一つのコイル４９は、径方向外側で、断熱材６１を介してジャケット４２に当接することが可能である。加えて、または、代わりに、そのような外側に位置している断熱材６１に、ベアリング６２を配置することが可能であり、ベアリングは、一方で、ジャケット４２に支持され、他方で、各コイル４９および／または５０に支持され、コイル４９、５０を、ジャケット４２内で、軸方向に固定する。特に有利なことは、ベアリング６２として、例えば、ベアリング・マット型の断熱ベアリング６２を使用することが可能なことである。図６では、このような、外側に断熱材６１として使用されるベアリング６２が認識することが可能である。好適な実施形態では、第一コイル４９だけが、外側へ向かって断熱され、第二コイル５０については、このような断熱は省略することが可能である。
【００４１】
一方、図３から５では、丁度二つのコイル４９、５０が備えられており、これらは、径方向に一段、つまり、一層で、軸方向に隣接して配置されており、図６および７に示す実施形態では、少なくともこれらのコイル４９、５０、好ましくは、第一コイル４９が、径方向に３段、つまり、３層形成され、かつ、三つの部分コイル４９１、４９２、および、４９３から成り、これらは、径方向に隣接して配置され、かつ、互いに同軸状に配置されている。このため、第一通路３４の貫流可能な断面は、これに応じて大きくされており、これは、軸方向長さが短い場合、第一通路３４内の貫流抵抗と圧力損失を軽減する。同様のことは、図７では、第二通路３７にも当てはまる。
【００４２】
図６では、各コイル４９、５０の流体的接続、ここでは、第一コイル４９と、対応するハウジング側の二次接続部、つまり、第二入口３２、または、第二出口３３との流体的接続が行われ、好適な実施形態では、直接ではなく、連結遮断部６３を介して、つまり、間接的に行われる。各連結遮断部６３は、この場合、ハウジング４１の内部に配置されている。上記連結遮断部は、移動可能、または、可撓性で、各コイル４９とハウジング４１間、または、コイル４９とジャケット４２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４２と各コイル４９の熱膨張係数が異なることにより発生する可能性がある。連結遮断部６３は、例えば、金属製の波形ホース、または、二重インターロッキング・ホースとして構成することが可能である。上記連結遮断部は、径方向に一層、または、多層形成することが可能である。上記連結遮断部は、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、この弾性保護層は、上記波形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。図６の例では、連結遮断部６３は、一端で、各二次接続部３２、または、３３と流体的に接続され、他端で、分配部６４、または、統合部６４に接続されており、上記統合部は、図７では、単なる一例として、前述の三つの部分コイル４９１、４９２、４９３に順に流体的に接続されている。図３から５までの例のように、コイル４９が一つだけ備えられていると、連結遮断部６３が、コイル４９と直接接続することになる。
【００４３】
図１に示す実施形態では、熱伝達装置２８は、その第一通路３１が排ガスシステム１０に内蔵されるように、装置２内に集積されている。また、第一入口２９と第一出口３０は、排ガスシステム１０に接続されている。結果的に、上記第一媒体は排ガスによって形成される。第二通路３４は排熱回収回路１２に内蔵されている。また、第二入口３２と第二出口３３は排熱回収回路１２に接続されている。この結果、上記作業媒体は上記第二媒体を形成する。さらに、気化器１３は、第一通路３１と第二通路３４間の熱伝達接続によって形成、つまり、熱伝達装置２８の内部で実現されている。そして、第三通路３７は、冷却回路５４に内蔵されており、冷却回路５４内を循環する冷却剤は第三媒体を形成している。冷却回路５４は、この場合、エンジン・ブロック５を冷却するための冷却回路１９、および／または、凝縮器１５を冷却するための冷却回路１８に内蔵されている。
【００４４】
図２に示す実施形態では、熱伝達装置２８は、第一通路３１が、排ガス再循環システム２３、または、その排ガス再循環ライン２４に内蔵されるように、排ガス再循環システム２３内に集積されている。また、第一入口２９と第一出口３０は、再循環された排ガスが上記第一媒体を形成するように、排ガス再循環システム２３に接続されている。ここでは、また、第二通路３４は排熱回収回路１２に内蔵されており、これにより、排ガス回収システム４の作業媒体は、熱伝達装置２８の上記第二媒体を形成している。第三通路３７は、また、冷却回路５４に内蔵され、これにより、その冷却媒体は、熱伝達装置２８の上記第三媒体を形成している。ここでは、また、冷却回路５４が、エンジン・ブロック５を冷却するための冷却回路１９、および／または、凝縮器１５を冷却するための冷却回路１８に内蔵されるように配置することが可能である。代わりに、冷却回路５４は、他の熱伝達装置に接続することも可能で、これにより、空気流を加熱することが可能であり、この空気流は、車両１の乗客室に、その空調用に移送することが可能である。
【００４５】
図２に示す実施形態では、排熱回収システム４の気化器１３は、また、第一通路３１と第二通路３４の熱伝達接続によって形成、つまり、熱伝達装置２８内で実現されている。これに対して、第一通路３１と第三通路３７間の熱伝達接続は、排ガス再循環冷却器５５を形成し、これによって、再循環された排ガスを、所定の目標温度に冷却することが可能である。好ましくは、対応する冷却回路５４は、エンジン冷却回路１９に内蔵されるか、または、別な冷却器を介して、同じように、冷却空気流に晒される別な冷却回路に内蔵されている。
【００４６】
図２に示すように、排ガス再循環システム２３内で熱伝達装置２８を使用するために、図３に、熱伝達装置２８のそれらの領域が括弧で示してあり、これらは、排熱回収システム４の気化器１３、または、排ガス再循環システム２３の冷却器５５を形成している。
【００４７】
ここで示す実施形態では、第二通路３４内の上記第二媒体の流れ方向と、第三通路３７内の上記第三媒体の流れ方向は、第一通路３１内の上記第一媒体の流れ方向に関し、逆の流れに設定してある。これに対して、代わりの実施形態では、第三通路３７内の上記第三媒体の流れ方向を、第一通路３１内の上記第一媒体の流れ方向に関し、平行な流れに設定することが可能で、これにより、例えば、ＡＧＲ冷却器５５内の上記第三媒体を気化するための第三傾向を軽減する。上記第二媒体は、この場合、逆の流れを維持することが可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１  車両
２  装置
３  内燃機関
４  排熱回収システム
６  燃焼室
７  駆動ライン
８  清浄空気システム
１０  排ガスシステム
１２  排熱回収回路
１３  気化器
１４  膨張機
１５  凝縮器
１６  搬送装置
２３  排ガス再循環システム
２９  第一入口
３０  第一出口
３１  第一通路
３２  第二入口
３３  第二出口
３４  第二通路
３５  第三入口
３６  第三出口
３７  第三通路
３８  第四通路
３９  制御装置
４１  ハウジング
４３  チューブ
４４  リング管
４９  第一コイル
５０  第二コイル
５１、５２  コイルチューブ
５３  冷却フィン
５４  冷却回路
５５  冷却器
６３  連結遮断部
【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５】
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【図６】
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【図７】
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