(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の廃熱利用装置用の液体（４）を蒸発させるための蒸発器であって、
積載方向（３）に積載された複数のチャンネルプレート配置部（２）を備え、２つの隣接するチャンネルプレート配置部（２）の間には、それぞれにガス路（６）が配置され、前記ガス路（６）を通じて、ガス（７）を導くことが可能とされ、前記ガス（７）を通じて、前記液体（４）を蒸発させるために必要な熱を供給することが可能とされ、
前記各チャンネルプレート配置部（２）は、液体入口（８）と、蒸気出口（９）と、液体入口（８）を蒸気出口（９）に接続するチャンネル（１１）とを含み、前記チャンネル（１１）は、蒸発させる液体（４）のために繰り返し方向転換される蒸発路（１２）を形成し、
前記各チャンネル（１１）は、前記蒸発路（１２）の少なくとも１つの蒸発ゾーン（１４）で、蒸発液体（４）が流れ方向に流れて通り、当該流れ方向の流れに伴い拡大されて行く断面（１８）を備え、
前記各チャンネルプレート配置部（２）は、２つのプレート（２０、２１）を有し、各チャンネル（１１）は、スタンピング（２２）を通じて形成され、前記スタンピング（２２）は、前記２つのプレート（２０、２１）の一方にだけ、又は両方において鏡対称に形成され、
更に、２つの横境界壁（２７、２８）が設けられ、前記横境界壁（２７、２８）は、いずれについてもガス入口（２９）からガス出口（３０）まで、互いに反対側に位置してガス路（６）を制限し、
一方の前記横境界壁（２７）は、入口開口（３１）を備え、前記入口開口（３１）は、いずれについても、１つのチャンネルプレート配置部（２）の液体入口（８）に流体を案内するように接続され、
一方又は他方の前記横境界壁（２８）は、出口開口を備え、前記出口開口は、いずれについても、１つのチャンネルプレート配置部（２）の蒸気出口（９）に流体を案内するように接続され、
前記横境界壁（２７、２８）の各々は、複数の壁エレメント（３２）により形成され、前記壁エレメント（３２）の各々は、１つのガス路（６）だけを横方向に制限する蒸発器。
【請求項２】
前記蒸発路（１２）の予熱ゾーン（１３）において、各チャンネル（１１）は、前記液体（４）が流れ方向に流れて通り、当該流れ方向において一定に保たれる断面（１８）を有する請求項１に記載の蒸発器。
【請求項３】
前記蒸発路（１２）の過熱ゾーン（１５）において、各チャンネル（１１）は、前記液体（４）が流れ方向に流れて通り、当該流れ方向において一定に保たれる断面（１８）を有する請求項１又は２に記載の蒸発器。
【請求項４】
前記蒸発路（１２）の予熱ゾーン（１３）の各チャンネル（１１）は、過熱ゾーン（１５）の各チャンネル（１１）よりも、上記断面（１８）が小さい請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蒸発器。
【請求項５】
前記各チャンネル（１１）は、互いに隣接して配置されている多数の流体経路（１９）を通じて形成され、２つの流体経路（１９）の間の移転箇所において、蒸発路（１２）は、各々１８０度の転換される請求項１乃至４のいずれか１項に記載の蒸発器。
【請求項６】
前記スタンピング（２２）が設けられた各プレート（２０、２１）は、ガス路（６）に対面する外側で、スタンピング（２２）の領域で凸状に曲がった又は平らな接触面（２４）を有する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の蒸発器。
【請求項７】
前記各ガス路（６）にフィン構造（２５）が配置され、前記フィン構造（２５）は、前記接触面（２４）に固定して配置されている請求項１乃至６のいずれか１項に記載の蒸発器。
【請求項８】
前記各チャンネルプレート配置部（２）の２つのプレート（２０、２１）は、相互に固定されている請求項１乃至７のいずれか１項に記載の蒸発器。
【請求項９】
前記各チャンネルプレート配置部の２つのプレート（２０、２１）は、各チャンネル（１１）を横方向で封止し、蒸発路（１２）に沿って相互に固定されている請求項８に記載の蒸発器。
【請求項１０】
前記壁エレメント（３２）は、前記ガス路（６）を制限する両方のチャンネルプレート配置部（２）に取り付けられているか、又はいずれについても、前記ガス路（６）を制限するチャンネルプレート配置部（２）のプレート（２０、２１）の一方の上に一体形成され、隣接するチャンネルプレート配置部（２）に取り付けられている請求項１乃至９のいずれか１項に記載の蒸発器。
【請求項１１】
内燃機関の廃熱利用装置用の液体（４）を蒸発させるための蒸発器であって、
積載方向（３）に積載された複数のチャンネルプレート配置部（２）を備え、２つの隣接するチャンネルプレート配置部（２）の間には、それぞれにガス路（６）が配置され、前記ガス路（６）を通じて、ガス（７）を導くことが可能とされ、前記ガス（７）を通じて、前記液体（４）を蒸発させるために必要な熱を供給することが可能とされ、
前記各チャンネルプレート配置部（２）は、液体入口（８）と、蒸気出口（９）と、液体入口（８）を蒸気出口（９）に接続するチャンネル（１１）とを含み、前記チャンネル（１１）は、蒸発させる液体（４）のために繰り返し方向転換される蒸発路（１２）を形成し、
前記各チャンネル（１１）は、前記蒸発路（１２）の少なくとも１つの蒸発ゾーン（１４）で、蒸発液体（４）が流れ方向に流れて通り、当該流れ方向の流れに伴い拡大されて行く断面（１８）を備え、
前記各チャンネルプレート配置部（２）は、２つのプレート（２０、２１）を有し、各チャンネル（１１）は、スタンピング（２２）を通じて形成され、前記スタンピング（２２）は、前記２つのプレート（２０、２１）の一方にだけ、又は両方において鏡対称に形成され、
更に、２つの横境界壁（２７、２８）が設けられ、前記横境界壁（２７、２８）は、いずれについてもガス入口（２９）からガス出口（３０）まで、互いに反対側に位置してガス路（６）を制限し、
一方の前記横境界壁（２７）は、入口開口（３１）を備え、前記入口開口（３１）は、いずれについても、１つのチャンネルプレート配置部（２）の液体入口（８）に流体を案内するように接続され、
一方又は他方の前記横境界壁（２８）は、出口開口を備え、前記出口開口は、いずれについても、１つのチャンネルプレート配置部（２）の蒸気出口（９）に流体を案内するように接続され、
前記横境界壁（２７）上には、複数又は全ての入口開口（３１）を覆い、供給チャンネル（３６）を形成する入口カバー（３５）が取り付けられ、前記供給チャンネル（３６）は、共通液体接続部（３７）を、流体が案内されるように液体入口（８）に接続する蒸発器。
【請求項１２】
内燃機関の廃熱利用装置用の液体（４）を蒸発させるための蒸発器であって、
積載方向（３）に積載された複数のチャンネルプレート配置部（２）を備え、２つの隣接するチャンネルプレート配置部（２）の間には、それぞれにガス路（６）が配置され、前記ガス路（６）を通じて、ガス（７）を導くことが可能とされ、前記ガス（７）を通じて、前記液体（４）を蒸発させるために必要な熱を供給することが可能とされ、
前記各チャンネルプレート配置部（２）は、液体入口（８）と、蒸気出口（９）と、液体入口（８）を蒸気出口（９）に接続するチャンネル（１１）とを含み、前記チャンネル（１１）は、蒸発させる液体（４）のために繰り返し方向転換される蒸発路（１２）を形成し、
前記各チャンネル（１１）は、前記蒸発路（１２）の少なくとも１つの蒸発ゾーン（１４）で、蒸発液体（４）が流れ方向に流れて通り、当該流れ方向の流れに伴い拡大されて行く断面（１８）を備え、
前記各チャンネルプレート配置部（２）は、２つのプレート（２０、２１）を有し、各チャンネル（１１）は、スタンピング（２２）を通じて形成され、前記スタンピング（２２）は、前記２つのプレート（２０、２１）の一方にだけ、又は両方において鏡対称に形成され、
更に、２つの横境界壁（２７、２８）が設けられ、前記横境界壁（２７、２８）は、いずれについてもガス入口（２９）からガス出口（３０）まで、互いに反対側に位置してガス路（６）を制限し、
一方の前記横境界壁（２７）は、入口開口（３１）を備え、前記入口開口（３１）は、いずれについても、１つのチャンネルプレート配置部（２）の液体入口（８）に流体を案内するように接続され、
一方又は他方の前記横境界壁（２８）は、出口開口を備え、前記出口開口は、いずれについても、１つのチャンネルプレート配置部（２）の蒸気出口（９）に流体を案内するように接続され、
一方又は他方の境界壁（２８）上に、出口カバー（３８）が取り付けられ、前記出口カバー（３８）は、複数又は全ての出口開口を覆って、排出チャンネル（３９）を形成し、前記排出チャンネル（３９）は、共通蒸気接続部（４０）を、流体が案内されるように蒸気出口（９）に接続する蒸発器。
【請求項１３】
前記横境界壁（２７、２８）の各々は、複数の壁エレメント（３２）により形成され、前記壁エレメント（３２）の各々は、１つのガス路（６）だけを横方向に制限する請求項１１又は請求項１２に記載の蒸発器。
【請求項１４】
前記壁エレメント（３２）は、前記ガス路（６）を制限する両方のチャンネルプレート配置部（２）に取り付けられているか、又はいずれについても、前記ガス路（６）を制限するチャンネルプレート配置部（２）のプレート（２０、２１）の一方の上に一体形成され、隣接するチャンネルプレート配置部（２）に取り付けられている請求項１３に記載の蒸発器。
【請求項１５】
チャンネルプレート配置部（２）を積載して形成されるスタック（５）は、積載方向（３）に互いに離れた２つのエンドプレート（４１、４２）を備え、前記エンドプレート（４１、４２）は、各々隣接するチャンネルプレート配置部（２）と共にガス路（６）を形成する請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の蒸発器。
【請求項１６】
各チャンネルプレート配置部（２）は、鉄、又は鉄合金、鋼鉄、スチール鋼、或いは、軽金属、軽合金、アルミ合金で構成される請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の蒸発器。
【請求項１７】
自動車の内燃機関用廃熱利用装置であって、
廃熱利用回路（６０）を備え、
前記廃熱利用回路（６０）では、作動媒体が循環し、前記作動媒体を膨張させる膨張器（６１）と、前記作動媒体を凝縮させる凝縮器（６５）と、前記廃熱利用回路（６０）内で作動媒体を駆動する移送装置（６６）と、前記作動媒体を蒸発させる請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の蒸発器（１）とが次々に配置される内燃機関用廃熱利用装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の内燃機関用廃熱利用装置（４４）と
前記廃熱利用装置（４４）に伝熱結合される排気システム（５１）と、を備える自動車用の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を蒸発させる蒸発器、内燃機関用廃熱利用装置、及び内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
ランキンサイクルプロセス又はランキンクラウジウスサイクルプロセスの原理に基づく廃熱利用装置内に、蒸発器が採用され、これを用いてサイクルプロセスの作動媒体を蒸発させることができ、この目的のために、これに必要な熱が、内燃機関の排気ガスから抽出される。したがって、このような蒸発器は、一方では、排気ガスのためのガス路を備え、他方では、作動媒体を蒸発させるための蒸発路を備える。
【０００３】
このような蒸発器を、例えば、プレート熱交換器として構成することができ、よって積載方向に積載された多数のチャンネルプレート配置部を備えることができ、２つの隣接するプレート配置部間のそれぞれにガス路が形成され、該ガス路を通じて、ガスを導くことができ、該ガスを通じて、液体を蒸発させるために必要な熱を供給することができる。この場合、各チャンネルプレート配置部は、実際には、液体入口と、蒸気出口と、液体入口を蒸気出口に接続するチャンネルとを含み、このチャンネルは、例えば、蒸発させる液体のために繰り返して方向転換される蒸発路を形成している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、冒頭で説明したタイプの蒸発器を改善し、又は、少なくとも別の実施の形態を提示するものであり、実施の形態により、高効率及びコスト効率の良い生産性を達成する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本課題は、本発明、特に独立請求項の主題を通じて解決される。好ましい実施の形態は、従属請求項の主題である。
【０００６】
本発明は、各チャンネルの設計概念に基づくものであり、蒸発路の少なくとも１つの蒸発ゾーンにおいては、蒸発させる液体の流れが通る断面がその流れ方向の流れに伴い拡大されて行くようにして、液体蒸発が生じる。蒸発させる液体の流れが通って、その流れ方向の流れに伴い拡大される断面は、蒸発する液体の体積増加をある程度配慮している。このため、例えば蒸発路における過剰な圧力上昇を回避することができる。さらに、気相の流速を減らすことができ、これは、蒸発器において蒸発される液体の滞留時間を増加させる。この結果、蒸発器の効率を向上させることができる。
【０００７】
蒸発器のプレート設計と共に、蒸発器を比較的コスト効率良く実現することができる。個々のチャンネルプレート配置部を、生産コストを減らす同一設計で実現することができる。
【０００８】
この場合、流れが通る蒸発路の断面の拡大を、蒸発ゾーンにおいて段階を踏まずに或いは蒸発させる液体の流れ方向において徐々に、例えば、リニアに又は次第に達成することができる。同様に、その断面の段階的な拡大が可能である。
【０００９】
蒸発路の蒸発ゾーンは、実質的には、蒸発が開始する蒸発路の領域から、液体が略完全に蒸発する蒸発路の領域にまで延在する。
【００１０】
好ましい実施の形態によると、各チャンネルは、予熱ゾーンで、液体の流れ方向の流れが通って、流れ方向で一定に保たれる断面を備えることができる。ここで、予熱ゾーンでは大きな体積変化が実現しないことを考慮に入れている。予熱ゾーンは、実質的には液体入口から蒸発が開始する蒸発路の領域にまで延在する。
【００１１】
これに加えて、または上記の構成に代えて、各チャンネルは、過熱ゾーンで、液体が流れ方向に流れて通り、流れ方向で一定に保たれる断面を備えるものとすることができる。これは、過熱ゾーンでは、主として蒸気における圧力増加を達成しなければならないという考えに基づいている。この場合、過熱ゾーンは、実質的には、液体が略完全に蒸発する蒸発路の領域から蒸気出口にまで延在する。
【００１２】
予熱ゾーン及び過熱ゾーンの両方において、液体が流れ方向に流れて通り、一定に保たれる断面が存在する場合、これは、蒸発路が、流れ方向にのみ、すなわち、もっぱら蒸発ゾーンにおいて、流れが通って、流れ方向の流れに伴い拡大される断面を有することを意味する。さらに、これは、流れが通る断面が、予熱ゾーンよりも過熱ゾーンにおいてより大きいことを意味する。
【００１３】
別の実施の形態では、各チャンネルを、互いに隣接して配置される多数の流体経路を通じて形成することができ、２つの隣接する流体経路間の移転箇所において、蒸発路は、各々１８０度の転換がある。このため、チャンネル又は蒸発路には、曲がりくねったミーダー状の経路が与えられており、これは、閉鎖された一定空間内において比較的大きな路長又はチャンネル長を実現する。
【００１４】
別の実施の形態では、各チャンネルプレート配置部は、２つのプレートを備え、各チャンネルは、スタンピングを通じて形成され、スタンピングは、２つのプレートのうち一方にのみ形成されるか、或いは両方のプレートに鏡対称に形成される。この目的のために、チャンネル又は蒸発路用のミーダー状経路を実現するために、スタンピングを、特に流体経路により構成することができる。例えば、スタンピングを、深絞り又は高圧形成により実現することができる。スタンピングが、２つのプレートの一方にのみ形成されるとした場合、他方のプレートを平らに構成することができる。
【００１５】
好ましい更なる開発によると、スタンピングが設けられた各プレートは、ガス路に対面する外側で、スタンピングの領域において凸状に曲がった又は平らな接触面を備えることができる。曲がった接触面を、非常に簡単な方法で生産することができる。平らな接触面は、ガス路を貫流させるのに好ましく、エレメント接続を簡潔にし、伝熱を向上させることができる。
【００１６】
実際の更なる開発によると、各ガス路にフィン構造が配置され、フィン構造は、接触面に配置されて固定される。このようなフィン構造は、ガス路のガスと各プレート間の伝熱を向上させることができ、これは、ガス路と蒸発路間の伝熱結合を改善する。フィン構造を、例えば、接触面の領域において、各プレートにはんだ付け又は溶接することができる。
【００１７】
特に実際には、各チャンネルプレート配置部の２つのプレートを相互に固定することができる。これを行うことで、重ねて積載されるチャンネルプレートを通じて形成されるプレートスタックを安定させることができ、特に自立式に構成することができる。実際には、各チャンネルプレート配置部の２つのプレートは、各チャンネルを横方向で封止し、蒸発路に沿って相互に固定されている。このため、チャンネルを非常に簡単な方法で実現することができる。この場合、固定を、例えば、はんだ方法又は溶接方法により実現することができる。適切な溶接方法は、例えば、レーザー溶接、マイクロプラズマ溶接、マイクロＴＩＧ溶接、巻縫い溶接、及び抵抗溶接である。
【００１８】
別の好ましい実施の形態では、ガス入口からガス出口にまで互いに反対に位置して、ガス路を制限する２つの横境界壁を設けることができる。この場合、境界壁は、隣接するチャンネルプレート配置部を相互接続又は相互固定することができる。したがって、境界壁は、プレートスタックの安定性を増大させる。１つの境界壁は、入口開口を備えることができ、該入口開口は、１つのチャンネルプレート配置部の液体入口に流体を案内するように接続されている。このため、境界壁を通じた蒸発させる液体の供給が簡単になる。他方の境界壁は、出口開口を備えることができ、該出口開口は各々、１つのチャンネルプレート配置部の蒸気出口に流体を案内するように接続されている。したがって、他方の境界壁を通じた蒸発液体の共通排出を簡単にすることができる。
【００１９】
さらに好ましい開発によると、境界壁の各々を、複数の壁エレメントにより形成することができ、該境界壁の各々は、１つのガス路のみを横方向に制限している。このため、蒸発器のモジュール式構造が簡単になり、特に各境界壁の壁エレメントの数は、各チャンネルプレート配置部の数に応じたものとされる。実際には、各壁エレメントを、ガス路を制限する両方のチャンネルプレート配置部に取り付けるか、又はガス路を制限する１つのチャンネルプレート配置部の１つのプレート上に一体形成し、隣接するチャンネルプレート配置部に取り付けることができる。特に、少なくとも１つのプレート上に各壁エレメントが一体形成される一体設計は、蒸発器のコスト効果の高い生産を簡潔化する。また、壁エレメントの取り付けは、溶接接続部又ははんだ付け接続部により実際に達成する。溶接接続部により、例えば複数の薄板の接合を実現でき、その結果、多数の部品を同時に相互接続することができる。相互固定される部品が、互いに平らにあるとした場合、はんだ付け接続が好ましい。
【００２０】
別の好ましい更なる開発では、入口カバーを１つの境界壁に取り付けることができ、入口カバーは、多数又は全ての入口開口を覆って、供給チャンネルを形成し、該供給チャンネルは、共通液体接続部を、流体が案内されるように液体入口に接続する。さらに、或いはその代わりとして、出口カバーを他方の境界壁に取り付けることができ、該出口カバーは、多数又は全ての出口開口を覆って、排出チャンネルを形成し、該排出チャンネルは、共通蒸気接続部を、流体が案内されるように蒸気出口に接続する。この対策を通じて、蒸発器の組み立て又は廃熱利用装置への蒸発器の設置が簡単になる。
【００２１】
実際には、チャンネルプレート配置部を積載して形成されるスタックは、積載方向に互いに離れた２つのエンドプレートを備え、エンドプレートは、各々隣接するチャンネルプレート配置部と共にガス路を形成又は制限する。したがって、エンドプレートは、蒸発路を含まないが、単にガス路を制限する役割を果たす。この設計は、結果として、積載方向における全ての蒸発路が２つのガス路間に配置されて、蒸発器の効果が増大する。
【００２２】
好ましい実施の形態によると、各チャンネルプレート配置部を鉄又は鉄合金、特に鋼鉄、好ましくはスチール鋼から作製する。このため、各チャンネルプレート配置部は、非常に高い耐熱性を有し、その結果、特に、排気システム内、例えば、排気マニフォールド上又はその中の内燃機関のエンジンブロックの比較的近くに蒸発器を配置することが可能である。あるいは、原則として、チャンネルプレート配置部を、軽金属、例えば、アルミニウム、又は軽合金、好ましくはアルミ合金から作製することも可能であり、その結果、蒸発器は非常に高いエネルギー効率を有する。
【００２３】
本発明に係る自動車の内燃機関用廃熱利用装置は、廃熱利用回路を備え、前記廃熱利用回路では、作動媒体が循環し、作動媒体の流れ方向に、作動媒体を膨張させる膨張器と、作動媒体を凝縮させる凝縮器と、廃熱利用回路内の作動媒体を駆動する移送装置と、作動媒体を蒸発させる上記タイプの蒸発器とが次々と配置される。
【００２４】
特に自動車用の本発明に係る内燃機関は、上記タイプの廃熱利用装置と、排気システムとを備え、該排気システムは、廃熱利用装置の蒸発器に伝熱結合されている。
【００２５】
本発明のさらに重要な特徴及び効果は、従属請求項、図面、及び図面を用いた関連の説明から理解される。
【００２６】
上記及び以下に説明する特徴は、上記各組み合わせだけではなく、本発明の範囲を逸脱しない限り、他の組み合わせ又は単独で使用できることを理解されたい。
【００２７】
本発明の好ましい実施の形態は、図示され、また、下記説明においてさらに詳細に説明される。ここでは、同じ参照符号は、同じ、類似、又は機能的に同じ構成要素に関わる。各図を概略的に示す。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】蒸発器の等角図である。
【図２】図１の切断線IIに沿う蒸発器のチャンネルプレート配置部の縦断面図である。
【図３】各々別の実施の形態に係る、図２における切断線IIIに係るチャンネルプレート配置部の別の縦断面図である。
【図４】各々別の実施の形態に係る、図２における切断線IIIに係るチャンネルプレート配置部の別の縦断面図である。
【図５】複数のチャンネルプレート配置部の領域における蒸発器の縦断面図である。
【図６】チャンネルプレート配置部の部分断面等角図である。
【図７】蒸発器の領域の等角図である。
【図８】別の実施の形態に係る、図７の切断線ＶIIIに係る蒸発器の領域を通過した断面図である。
【図９】別の実施の形態に係る、図７の切断線ＶIIIに係る蒸発器の領域を通過した断面図である。
【図１０】別の実施の形態に係る、図７の切断線ＶIIIに係る蒸発器の領域を通過した断面図である。
【図１１】別の実施の形態に係る、図７の切断線ＶIIIに係る蒸発器の領域を通過した断面図である。
【図１２】フィン構造を有するチャンネルプレート配置部の等角部分図である。
【図１３】別の実施の形態に係る蒸発器の等角部分図である。
【図１４】別の実施の形態に係る蒸発器の等角部分図である。
【図１５】蒸発器を有する廃熱利用装置の回路図で非常に簡単な概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１によると、蒸発器１は、積載方向３に積載された多数のチャンネルプレート配置部２を備えている。蒸発器１は、矢印で示すように供給される液体４を蒸発させる機能を果たす。好ましくは、蒸発器１は、内燃機関の排気ガスから熱を抽出することにより、液体、すなわち廃熱利用装置の作動媒体を蒸発させるために、内燃機関の廃熱利用装置内で採用されている。このような廃熱利用装置は、ランキンサイクルプロセス又はランキンクラウジウスプロセスに従って作動する。上記廃熱利用装置の重要な構成部品は、蒸発器１であり、該蒸発器１は、内燃機関の排気システムと廃熱利用装置の廃熱利用回路との間の伝熱結合を作り出している。このような廃熱利用装置の例を、以下図１〜図１５を参照して詳細に説明する。
【００３０】
積載されているチャンネルプレート配置部２は、プレートスタック５又は蒸発器ロック５を形成している。スタック５又はブロック５内では、いずれの場合も、隣接する二つのチャンネルプレート配置部２の間にガス路６が形成され、該チャンネルプレート配置部２を通じて、矢印に示すようにガス７を案内することができる。このガス７により、液体４を蒸発するのに必要な熱が供給される。特に、ガス７は、内燃機関の排気ガスであり、この廃熱は、例えば、廃熱利用装置において利用される。
【００３１】
図２によると、各チャンネルプレート配置部２は、液体入口８と蒸気出口９とを備え、該蒸気出口９を通じて、蒸気１０又は蒸発した液体が排出される。さらに、各チャンネルプレート配置部２は、チャンネル１１を備え、該チャンネル１１は、流体が案内されるように液体入口８を蒸気出口９につなげている。この場合、チャンネル１１は、蒸発する液体４のために、点線で示すように繰り返し方向転換する蒸発路１２を形成している。蒸発する液体４の流れ方向に、蒸発路１２は、まず予熱ゾーン１３を備え、予熱ゾーン１３の後には、蒸発ゾーン１４が続き、該蒸発ゾーン１４の後には、過熱ゾーン１５が続く。ここで、予熱ゾーン１３は、実質的には液体入口８から、液体４の蒸発が始まる蒸発路１２の領域１６にまで延在する。したがって、予熱ゾーン１３内では、液体４が沸騰温度まで加熱される。蒸発ゾーン１４は、実質的には内部で液体４の蒸発が始まる上記領域１６から、液体４が略完全に蒸発する蒸発路の領域１７にまで延在している。蒸発ゾーン１４では、液体４が概ね沸騰温度に維持されて、該蒸発ソーン１４で完全に蒸発する。過熱ゾーン１５は、実質的には内部で液体４が略完全に蒸発する領域１７から蒸気出口９にまで延在する。過熱ゾーン１５内では、蒸気１０の温度が上昇して液体４の沸騰温度を超える。
【００３２】
ここで紹介する蒸発器１は、各チャンネルプレート配置部２の各チャンネル１１が、少なくとも蒸発ゾーン１４内で蒸発液体４が流れ方向に流れて通り、流れ方向の流れに伴い拡大されて行く断面１８を有することで特徴づけられる。図２に示す実施の形態では、急な流れが通る断面１８が、複数段階で拡大されて行く。別の実施の形態では、貫流を受ける断面１８を、段階的ではなく又は連続的に拡大することも可能である。
【００３３】
図２に示す実施の形態では、流れが通る断面１８は、予熱ゾーン１３内で一定に保たれる。さらに、図２に示す実施の形態では、流れが通る断面１８が過熱ゾーン１５内で一定に保たれる。したがって、この場合、断面１８の拡大は、蒸発ゾーン１４内でのみ起こる。流れが通る断面１８は、結果として予熱ゾーン１３の方が過熱ゾーン１５より小さい。
【００３４】
実際には、各チャンネル１１は、できるだけ小さく繰り返し方向転換する蒸発路１２を実現するために、ミーダー状に構成されている。図２によると、この目的で、各チャンネル１１を、互いに隣り合って配置されかつジョイントチャンネル壁４３を介して互いに分離された多数の流体経路１９を通じて形成することができ、各流体経路１９は、互いに重ねて配置され、その結果、隣接する二つの流体経路１９間の移転箇所において、蒸発路１２は、１８０度転換される。例えば、液体４又は蒸気１０は、それぞれの流体経路１９を通じて、液体入口８から蒸気出口９まで、一方の端から他方の端に、又は他方の端から一方の端に交互に流れる。
【００３５】
図３〜図１４によると、各チャンネルプレート配置部２は、プレート２０、２１を備え、ここでは、各チャンネル１１と流体経路１９がスタンピング２２を通じて形成されている。これらのスタンピング２２を、図３に示すようにプレート２０、２１両方に鏡対称に形成することができ、または図４に示すようにプレート２０、２１の一方にのみ形成することができる。図４の例では、一方のプレート２０は、スタンピング２２を備えているが、他方のプレート２１は、平らに構成されている。
【００３６】
これらの間でチャンネル１１と流体経路１９をそれぞれ形成する２つのプレート２０、２１は、実際に相互固定されている。対応する固定位置は、図３及び４において２３で印されている。これら固定位置２３を、はんだ付け接続部又は溶接接続部とすることができる。固定位置２３は、実際にきつく合体されており、各チャンネル１１と各流体経路１９とを横方向で封止し、特にチャンネル壁４３を形成するように実現され、その結果、二つのプレート２０、２１は、蒸発路１２に沿って、相互固定されている。
【００３７】
スタンピング２２が設けられているプレート２０、２１を、ブロック５内でガス路６に対面する外側では、凸状に曲げることができ、あるいは図６〜図１４、図３〜図５に示すように、スタンピング２２の領域内で平らに構成することができる。したがって、平らなスタンピング２２の場合、平らな接触面２４が作られる。
【００３８】
図１、図５、及び図７〜図１４によると、ガス７の流れからチャンネルプレート配置部２まで、したがって蒸発させる液体４までの伝熱を向上させるために、蒸発フィン構造２５を各ガス路６内に配置することができる。この場合、各フィン構造２５は、ガス路に対面する各チャンネルプレート配置部２の各プレート２０、２１に接触している。実際には、この接触は、上記接触面２４で起こる。好ましくは、図５に示すように、接触面２４の領域におけるフィン構造２５のチャンネルプレート配置部２への固定をさらに実現することができる。対応する固定位置は、図５において２６で印されている。また、これらもはんだ付け位置又は溶接位置とすることができる。
【００３９】
フィン構造２５のチャンネルプレート配置部２への接続を向上させるために、平らな接触面２４が好ましい。特に、この目的で、フィン構造２５は、図７〜図１４に示すように、ガス路６に対して横方向のひし形断面の矩形の外形を有することができ、したがって、同様にチャンネルプレート配置部２の接触面２４に確実に接触する平らな接触面を有することができる。
【００４０】
図１及び図７〜図１４によると、蒸発器１は、２つの横境界壁２７、２８を備え、これらは、互いに反対側に位置してガス路６を制限し、ガス入口２９からガス出口３０にまで延在する。図７及び図１３に示すように、見る人に面する各境界壁２７は、入口開口３１を備えており、該入口開口３１は、各チャンネルプレート配置部２の液体入口８に流体を案内するように接続されている。したがって、ここでは明示されていないが、反対側に位置する各境界壁２８は、各チャンネルプレート配置部２の蒸気出口９に流体を案内するように接続された出口開口を備えている。
【００４１】
ここに示す図７〜図１４の実施の形態では、２つの境界壁２７、２８の各々は、多数の壁エレメント３２により形成され、それぞれの壁エレメント３２は、１つのガス路６だけを横方向に制限している。図８に示す実施の形態では、これら壁エレメント３２は、チャンネルプレート配置部２に対しては別個の構成部品として設計され、これらは、各ガス路６を制限するチャンネルプレート配置部２に取り付けられている。これとは対照的に、図７及び図９〜図１４の実施の形態では、壁エレメント３２は、プレート２０、２１の一方の上に一体形成され、隣接するチャンネルプレート配置部２に取り付けられている。また、いずれの場合の組み立ても、多様な固定箇所３３又は３４によって達成され、該固定箇所３３又は３４は、はんだ付け接続又は溶接接続で作製することができる。単に見本となるように、多数の固定箇所３３は、複数の薄板の接合、例えば、３つの薄板の接合又は４つの薄板の接合として作製され、同時に他方の多数の固定箇所３４は、実際、はんだ付け接続で作製されている。図１及び図９〜図１４の実施の形態では、各壁エレメント３２は、各プレート２１上に一体形成され、該プレート２１は、ここでは平らに設計され、スタンピング２２を有していない。しかし、原則として、別の実施の形態も考えられる。例えば、スタンピングを有する２つのプレート２０、２１を設けることができる。あるいは、壁エレメント３２を、スタンピング２２を有するプレート２０上に一体形成することができる。
【００４２】
図１４に示す実施の形態では、入口カバー３５は、見る人に面する境界壁２７に取り付けられて、各境界壁２７の多数又は好ましくは全ての入口開口３１を覆って、供給チャンネル３６を形成し、この供給チャンネル３６は、共通液体接続部３７を、流体が案内されるように多数のチャンネルプレート配置部２の液体入口８に接続する。これと同様に、図１によると、他方の境界壁２８においても、各境界壁２８の多数又は好ましくは全ての出口開口を覆うと共に排出チャンネル３９を形成する出口カバー３８を設け、この排出チャンネル３９は、共通蒸気接続部４０を、流体が案内されるように各チャンネルプレート配置部２の蒸気出口９に接続する。
【００４３】
さらに図１４から明らかなように、スタック５又はブロック５は、各々、積載方向３に互いに離れている端部にエンドプレート４１、４２を備える。各エンドプレート４１、４２は、いずれについても、隣接するチャンネルプレート配置部２と共に積載方向３にガス路６を制限している。このガス路６では、フィン構造２５を配置することができる。図１４の例では、上方のエンドプレート４１を２つの壁エレメント３２とさらに一体形成することができ、上方のエンドプレート４１は、チャンネルプレート配置部２の壁エレメント３２と共に２つの境界壁２７、２８を形成する。
【００４４】
図１４に示す下方のエンドプレート４２には、隣接するチャンネルプレート配置部２の壁エレメント３２が横方向に重なっており、その結果、スタック５又はブロック５用の密閉末端を簡単に実現することができる。
【００４５】
図１５に示すように、上記実施の形態に係る蒸発器１を、廃熱利用装置４４に組込むことができ、これを活用して、内燃機関４５において、内燃機関４５のエネルギー効率を向上させるために、排気ガスに含まれる熱を利用することができる。図１５によると、このような内燃機関４５は、通常複数の燃焼室４７を有するエンジンブロック４６と、エンジンブロック４６を冷却する冷却回路４８とを備える。内燃機関４５は、外気を燃焼室４７に供給する外気システム４９をさらに備える。対応する外気流は、図１５において矢印で示され、５０で印されている。さらに、排気システム５１が設けられ、該排気システム５１は、排気ガスを燃焼室４７から排出する。対応する排気ガス流は、図１５において矢印で示され、５２で印されている。この例では、内燃機関４５は、排気ガスターボチャージャー５３をさらに装備し、そのタービン５４は、排気システム５１に組み込まれ、その圧縮器５５は、外気システム４９に組み込まれている。
【００４６】
冷却回路４８は、ラジエーター５６を含み、このラジエーター５６は、矢印で示すような、ファン５８により生成されるか又はサポートされる気流５７を受ける。冷却材ポンプ５９は、冷却回路４８内のクーラントを送り出す。
【００４７】
廃熱利用装置４４は、廃熱利用回路６０を備え、この廃熱利用回路６０で作動媒体が循環する。廃熱利用回路６０には、作動媒体が蒸発路１２を伝わるように蒸発器１が配置されている。蒸発器１の下流側において、膨張器６１が廃熱利用回路６０に配置され、該膨張器６１は、圧縮され、蒸発し、そして過熱された作業媒体を膨張させる。その過程で、膨張器は、熱又はエンタルピーを機械的作用に変換し、例えば、ジェネレーター６２（Ｇ）を駆動する。この場合、ジェネレーター６２は、電気エネルギー蓄積装置６３に電気接続される。この電気エネルギー蓄積装置６３は、例えば、内燃機関４５、又は内燃機関４５を備える車両の電気システム６４で用いられる。膨張器６１の下流側において、凝縮器６５が廃熱利用回路６０内に配置され、ここで膨張した作動媒体が凝縮される。この目的のために、凝縮器６５は、熱交換器を備えるか、又はそのように構成される。凝縮器６５を、適切な方法で冷却に組み込むことができる。この例では、熱を作動媒体から抽出するために、凝縮器６５が内燃機関４５の冷却回路４８に組み込まれている。別の実施の形態では、熱を廃熱利用回路６０から放出するために、エンジン冷却回路４８とは別の冷却回路を設けることもできる。凝縮器６５の下流側において、廃熱利用回路６０は、移送装置６６、特に容積ポンプを備える。移送装置６６は、廃熱利用回路６０内で作動媒体を取入れて送り出す役割を果たす。ここで、移送装置６６は、膨張器を用いて調整することができる圧力に抗して作動する。移送装置６６を駆動させるために、例えば、電気モーター６７（Ｍ）を設けることができる。電気モーター６７の電源は、実際には電気システム６４を用いて達成され、その目的のために、適切な電線６８を設ける。
【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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【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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