(57)【要約】【課題】  大きな熱負荷および機械的負荷にも長期間にわたって、例えば１０年にわたってあるいは貨物自動車での１００万ｋｍの走行距離にわたって耐えることができるようにする。【解決手段】  互いに上下に積層された各プレート対（２９）の２つのプレート（３０、３１）の間に第１の流体を導通するための第１の流動スペース（１９）が形成されている。第２の流体を導通するための第２の流動スペース（２１）が、２つの隣接し合ったプレート対（２９）の間に形成されている。前記第１の流体を導入するための入口開口（３２）と、前記第１の流体を導出するための出口開口（３３）を含み、前記プレート（３０、３１）が、前記プレート（３０、３１）内の応力を低減するための少なくとも１つの膨張開口（２２）、特に少なくとも１つの膨張スロット（２３）を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
−  互いに上下に積層されたプレート対であって、各プレート対（２９）の２つのプレート（３０、３１）の間に第１の流体を導通するための第１の流動スペース（１９）が形成されているプレート対（２９）、
−  第２の流体を導通するための第２の流動スペース（２１）であって、２つの隣接し合ったプレート対（２９）の間に形成されている第２の流動スペース（２１）、
−  前記第１の流体を導入するための入口開口（３２）、
−  前記第１の流体を導出するための出口開口（３３）、
を含む熱交換器（１２）において、
前記プレート（３０、３１）が、前記プレート（３０、３１）内の応力を低減するための少なくとも１つの膨張開口（２２）、特に少なくとも１つの膨張スロット（２３）を有することを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記プレート（３０、３１）が入口貫通開口（３６）を有し、前記プレート対（２９）の間において前記入口貫通開口（３６）に面して、それぞれ貫通開口（２５）を備えたスペーサ（３７）が形成されており、これにより、前記入口貫通開口（３６）と前記スペーサ（３７）の前記貫通開口（２５）とに、前記第１の流体を前記第１の流動スペース（１９）内へ導入するための入口通路が形成されることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記プレート（３０、３１）が出口貫通開口（３６）を有し、前記プレート対（２９）の間において前記出口貫通開口（３６）に面して、それぞれ貫通開口（２５）を備えたスペーサ（３７）が形成されており、これにより、前記出口貫通開口（３６）と前記スペーサ（３７）の前記貫通開口（２５）とに、前記第１の流体を前記第１の流動スペース（１９）から導出するための出口通路が形成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記少なくとも１つの膨張開口（２２）が、前記プレート（３０、３１）において前記入口貫通開口（３６）と前記出口貫通開口（３６）との間に形成されていることを特徴とする、請求項１〜３の１項以上に記載の熱交換器。
【請求項５】
各プレート（３０、３１）について、１つの膨張開口（２２）が前記入口貫通開口（３６）の領域に形成され、かつ、１つの膨張開口（２２）が前記出口貫通開口（３６）の領域に形成されていることを特徴とする、請求項４に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記膨張開口（２２）が、前記入口貫通開口（３６）の領域において前記第１の流動スペース（１９）と前記入口貫通開口（３６）との間に形成されており、および／または、前記膨張開口（２２）が、前記出口貫通開口（３６）の領域において前記第１の流動スペース（１９）と前記出口貫通開口（３６）との間に形成されていることを特徴とする、請求項５に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記プレート対（２９）の間において前記第２の流動スペース（２１）にフィン（３４）、特に波形フィンおよび／または少なくとも１本の管（２８）が配置されており、および／または、前記第１の流動スペース（１９）が好ましくは蛇行状の流路（２０）として形成されていることを特徴とする、請求項１〜６の１項以上に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記熱交換器（１２）の諸構成要素、特に前記プレート（３０、３１）、前記スペーサ（３７）および／または前記フィン（３４）が互いにろう接されており、および／または、前記熱交換器（１２）の諸構成要素、特に前記プレート（３１、３１）、前記スペーサ（３７）および／または前記フィン（３４）が少なくとも部分的に、特に好ましくは全体的に金属、特に特殊鋼から成ることを特徴とする、請求項１〜７の１項以上に記載の熱交換器。
【請求項９】
クラウジウスランキンサイクルを用いて内燃機関（８）の廃熱を利用するためのシステム（１）であって、
−  作動媒体、特に水を備えたライン（２）を有する回路、
−  前記作動媒体を搬送するためのポンプ（３）、
−  前記作動媒体を導通するための少なくとも１つの第１の流動スペース（１９）と流体、例えば給気や排ガスを導通するための少なくとも１つの第２の流動スペース（２１）とを備えていて、前記液体状の作動媒体を蒸発させて熱を前記流体から前記作動媒体へ伝達するための蒸発器熱交換器（４）、
−  膨張機（５）、
−  前記蒸気状の作動媒体を液化するための凝縮器（６）、
−  好ましくは、前記液体状の作動媒体のための捕集・調整容器（７）、
を含むシステムにおいて、
前記蒸発器熱交換器（４）が請求項１〜８の１項以上に従って構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
内燃機関（８）、特に往復動ピストン内燃機関（９）であって、クラウジウスランキンサイクルを用いて前記内燃機関（８）の廃熱を利用するためのシステム（１）を具備し、前記システム（１）が、
−  作動媒体、特に水を備えたライン（２）を有する回路、
−  前記作動媒体を搬送するためのポンプ（３）、
−  前記液体状の作動媒体を蒸発させるための、特に前記内燃機関（８）の廃熱により加熱可能な蒸発器熱交換器（４）、
−  膨張機（５）、
−  前記蒸気状の作動媒体を液化するための凝縮器（６）、
−  好ましくは、前記液体状の作動媒体のための捕集・調整容器（７）、
を含む内燃機関において、
前記蒸発器熱交換器が請求項１〜８の１項以上に従って構成されていることを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の熱交換器、請求項９の上位概念に記載の、クラウジウスランキンサイクルを用いて内燃機関の廃熱を利用するためのシステム、および、請求項１０の上位概念に記載の、クラウジウスランキンサイクルを用いて内燃機関の廃熱を利用するためのシステムを備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は、様々な技術用途において熱エネルギーを機械エネルギーに変換するために用いられる。自動車、特に貨物自動車では、自動車を継続的に移動させるために内燃機関は用いられる。内燃機関の効率は、クラウジウスランキンサイクルを用いて内燃機関の廃熱を利用するためのシステムを使用することによって向上させることが可能である。その際、このシステムは、内燃機関の廃熱を機械エネルギーに変換する。このシステムは、作動媒体、例えば水やＲ２４５ｆａのような有機冷媒を備えたラインを有する回路、作動媒体を搬送するためのポンプ、液体状の作動媒体を蒸発させるための蒸発器熱交換器、蒸気状の作動媒体を液化するための凝縮器、および、液体状の作動媒体のための捕集・調整容器を含む。内燃機関でこの種のシステムを用いることによって、内燃機関の構成要素としてこの種のシステムを備えた内燃機関において、内燃機関の総合効率を向上させることができる。
【０００３】
蒸発器熱交換器において作動媒体は内燃機関の廃熱によって蒸発され、それに続いて、蒸発された作動媒体は膨張機に送給されて、膨張機内で気体状の作動媒体は膨張し、膨張機を介して機械的仕事を行う。蒸発器熱交換器では、例えば第１の流路の中を作動媒体が導通され、第２の流路の中を内燃機関の排ガスが導通される。これによって、温度が４００°から６００°の範囲にある排ガスから熱が蒸発器熱交換器内の作動媒体へ伝達され、これにより、作動媒体は液体状の凝集状態から蒸気状の凝集状態へ移行される。
【０００４】
特許文献１は、積層方向に互いに積層されたプレート対を備え、第１の媒体と第２の媒体との間で熱を交換するための装置を開示しており、この場合、少なくとも１つのプレート対の２つのプレートの間に、第１の媒体が貫流可能な第１の流動スペースが形成されており、かつ、２つの互いに隣接し合ったプレート対の間に、第２の媒体が貫流可能な第２の流動スペースが形成されていて、前記第１の流動スペースは、第１の媒体のために順次反対方向に貫流可能な流動経路区間を備えた第１の流動経路を有し、これらの流動経路区間は、少なくとも１つのプレート対の少なくとも２つのプレートの間に配置された隔壁によって互いに分離されている。
【０００５】
プレートサンドイッチ構造における前記蒸発器熱交換器の一実施態様では、前記プレート対の間にスペーサが配置されている。この場合、内燃機関の廃熱を利用するためのシステムの動作中に蒸発器熱交換器において大きな温度変化が生じる。そこで、貨物自動車の内燃機関で用いる場合、蒸発器熱交換器の耐久性に関して高い要求が課される。この場合、蒸発器熱交換器は、１０年以上の耐久性を有するか、あるいは１００万キロメートル以上の貨物自動車の走行距離に耐えられなければならない。その際、６００℃から８００℃までの範囲の高温の排ガスが蒸発器熱交換器内に導入されるので、蒸発器熱交換器には高温が生じ、その結果、蒸発器熱交換器では５００℃から８００℃の範囲の温度が発生する。これにより、蒸発器熱交換器は大きな熱負荷にさらされている。プレート対の間にはスペーサが配置されている。その際、これらのスペーサとプレート対とはそれぞれ互いにろう接されており、これにより、スペーサとプレート対との間に（プレート対／スペーサにおける）大きな応力が生じる。この場合、それぞれ２つのスペーサがプレート対の一方の側面に配置されている。これらの大きな剪断応力は漏れの原因になり、従ってまた、蒸発器熱交換器の耐久性を制限することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００９／０８９８８５号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の課題は、熱交換器、クラウジウスランキンサイクルを用いて内燃機関の廃熱を利用するためのシステム、および、クラウジウスランキンサイクルを用いて内燃機関の廃熱を利用するためのシステムを備えた内燃機関において、その熱交換器が大きな熱負荷および機械的負荷にも長期間にわたって、例えば１０年にわたってあるいは貨物自動車での１００万ｋｍの走行距離にわたって耐えることができるような熱交換器、前記システムおよび前記システムを備えた内燃機関を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、互いに上下に積層されたプレート対であって、各プレート対の２つのプレートの間に第１の流体を導通するための第１の流動スペースが形成されているプレート対、２つの隣接し合ったプレート対の間に形成されていて第２の流体を導通するための第２の流動スペース、前記第１の流体を導入するための入口開口、および、前記第１の流体を導出するための出口開口を含む熱交換器において、前記プレートが前記プレート内の応力を低減するための少なくとも１つの膨張開口、特に少なくとも１つの膨張スロットを有する熱交換器によって解決される。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
プレート対のプレート、例えば一方のプレートまたは両方のプレートが、少なくとも１つの膨張開口を備えている。前記少なくとも１つの膨張開口は任意の断面を有しており、例えば、この断面は円形、矩形、正方形または楕円形である。特に、前記膨張開口はスロット状に膨張スロットとして形成されている。前記プレートにおける前記膨張開口によって、有利には、熱交換器の大きな熱負荷により生じる前記プレート内の応力を大きく低減することができ、これにより、熱交換部のプレートとスペーサとの間には非常に僅かな剪断応力しか生じない。熱作用により生じた大きさの変化を吸収するためのスペースが前記膨張開口に存在しているので、前記プレート間の応力を前記膨張開口で低減することができる。
【００１０】
補完的な一態様では、前記プレートが入口貫通開口を有し、前記プレート対の間において前記入口貫通開口に面して、それぞれ貫通開口を備えたスペーサが形成されており、これにより、前記入口貫通開口と前記スペーサの前記貫通開口とに、前記第１の流体を前記第１の流動スペース内へ導入するための入口通路が形成される。
【００１１】
また別の一変形態様では、前記プレートが出口貫通開口を有し、前記プレート対の間において前記出口貫通開口に面して、それぞれ貫通開口を備えたスペーサが形成されており、これにより、前記出口貫通開口と前記スペーサの前記貫通開口とに、前記第１の流体を前記第１の流動スペースから導出するための出口通路が形成される。
【００１２】
好都合には、前記少なくとも１つの膨張開口は、前記プレートにおいて前記入口貫通開口と前記出口貫通開口との間に形成されている。前記入口貫通開口と前記出口貫通開口との間において、それぞれ前記プレート対の間に前記スペーサが配置されている。熱作用により生じた前記プレートの大きさの変化または形状の変化は、ここでは特に重大である。なぜなら、前記スペーサにおいて相異なる程度で前記スペーサ間に前記プレートの大きさの変化または変形が生じた場合、大きな剪断応力を吸収する必要があるからである。例えば、プレート対がその下に位置するプレート対よりも著しく大きく加熱される場合、大きく加熱された方のプレート対は著しく大きく膨張し、これにより、前記スペーサにおいてこれらのプレート対に相異なる大きさの変化が生じ、従って、前記スペーサにおいて大きな剪断応力を吸収する必要がある。前記少なくとも１つの膨張開口を前記入口貫通開口と前記出口貫通開口との間に形成することにより、プレートのこのような形状変化を吸収することができ、これによって、前記スペーサにおいて、すなわち前記プレートと前記スペーサとの間において前記発生する剪断応力を著しく低減することができる。
【００１３】
補完的な一態様では、各プレートについて、１つの膨張開口が前記入口貫通開口の領域に形成され、かつ、１つの膨張開口が前記出口貫通開口の領域に形成されている。
【００１４】
更に別の一実施形態では、前記膨張開口が、前記入口貫通開口の領域において前記第１の流動スペースと前記入口貫通開口との間に形成されており、および／または、前記膨張開口が、前記出口貫通開口の領域において前記第１の流動スペースと前記出口貫通開口との間に形成されている。
【００１５】
また別の一変形態様では、前記プレート対の間において前記第２の流動スペースにフィン、特に波形フィンおよび／または少なくとも１本の管が配置されており、および／または、前記第１の流動スペースが好ましくは蛇行状の流路として形成されている。
【００１６】
また補完的な一実施形態では、前記熱交換器の諸構成要素、特に前記プレート、前記スペーサおよび／または前記フィンが互いにろう接されており、および／または、前記熱交換器の諸構成要素、特に前記プレート、前記スペーサおよび／または前記フィンが少なくとも部分的に、特に好ましくは全体的に金属、特に特殊鋼から成る。この場合、蒸発器熱交換器としての前記熱交換器は、大きな熱負荷にさらされており、また、排ガスが前記蒸発器熱交換器を導通する際には大きな化学的負荷にもさらされており、従って、前記蒸発器熱交換器の寿命を長く保つためには、前記蒸発器熱交換器を特殊鋼で形成すること、特にその全体を特殊鋼で形成することが必要である。
【００１７】
クラウジウスランキンサイクルを用いて内燃機関の廃熱を利用するための本発明に係るシステムは、作動媒体、特に水を備えたラインを有する回路、前記作動媒体を搬送するためのポンプ、前記作動媒体を導通するための少なくとも１つの第１の流動スペースと流体、例えば給気や排ガスを導通するための少なくとも１つの第２の流動スペースとを備えていて前記液体状の作動媒体を蒸発させて熱を前記流体から前記作動媒体へ伝達するための蒸発器熱交換器、膨張機、前記蒸気状の作動媒体を液化するための凝縮器、好ましくは前記液体状の作動媒体のための捕集・調整容器を含んでおり、前記蒸発器熱交換器が本所有権出願で説明する熱交換器として構成されている。
【００１８】
更に別の一態様では、前記膨張機がタービンまたは往復動ピストン機械である。
【００１９】
好都合には、前記熱交換器はプレートサンドイッチ構造を有し、および／または、プレート式熱交換器として構成されている。
【００２０】
更に別の一態様では前記システムがレキュペレータを含み、このレキュペレータを介して、前記膨張機内を貫流した後の前記作動媒体の熱を前記蒸発器の前にある前記作動媒体へ伝達することが可能である。
【００２１】
また別の一変形態様では、前記作動媒体が高圧、例えば４０バールから８０バールの範囲の高圧で前記蒸発器熱交換器内を導通され、かつ、前記排ガスが高温、例えば約６００℃程度の高温で前記蒸発器熱交換器内を導通されるので、前記蒸発器熱交換器が少なくとも部分的に、特に好ましくは全体的に特殊鋼から成る。
【００２２】
本発明に係る内燃機関、特に往復動ピストン内燃機関は、クラウジウスランキンサイクルを用いて内燃機関の廃熱を利用するためのシステムを具備し、前記システムは、作動媒体、特に水を備えたラインを有する回路、前記作動媒体を搬送するためのポンプ、前記液体状の作動媒体を蒸発させるための、前記内燃機関の廃熱により加熱可能な蒸発器、膨張機、前記蒸気状の作動媒体を液化するための凝縮器、好ましくは前記液体状の作動媒体のための捕集・調整容器を含んでいて、前記蒸発器熱交換器が、本所有権出願で説明する熱交換器として構成されており、および／または、前記第２の流路の中を導通される流体が給気であり、従って、前記蒸発器熱交換器が給気冷却器であるか、または、前記流体が排ガスであり、従って、前記蒸発器熱交換器が好ましくは排ガス再循環冷却器である。
【００２３】
更に別の一態様では、前記内燃機関の構成要素としての前記システムが、前記内燃機関の排ガス主流の廃熱および／または排ガス再循環の廃熱および／または圧縮された給気の廃熱および／または前記内燃機関の冷却剤の熱を利用することが可能である。従って、前記システムによって前記内燃機関の廃熱は機械エネルギーに変換され、これにより、有利には前記内燃機関の効率が向上される。
【００２４】
更に別の一態様では、前記システムが発電機を含む。前記発電機は前記膨張機によって駆動可能であり、従って、前記システムは電気エネルギーまたは電流を提供することができる。
【００２５】
更に別の一態様では、前記システムの作動媒体として、純物質である水、Ｒ２４５ｆａ、エタノール（純物質またはエタノールと水との混合物）、メタノール（純物質またはメタノールと水との混合物）、長鎖アルコールＣ５〜Ｃ１０、長鎖炭化水素Ｃ５（ペンタン）〜Ｃ８（オクタン）、ピリジン（純物質またはピリジンと水との混合物）、メチルピリジン（純物質またはメチルピリジンと水との混合物）、トリフルオロエタノール（純物質またはトリフルオロエタノールと水との混合物）、ヘキサフルオロベンゼン、水／アンモニア溶液および／または水・アンモニア混合物が用いられる。
【００２６】
以下において、本発明の実施例について、添付した図面を参照しながら更に詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】内燃機関の廃熱を利用するためのシステムを備えた内燃機関を示す非常に簡略化した図である。
【図２】第１の実施例における蒸発器熱交換器を示す図である。
【図３】第２の実施例における蒸発器熱交換器を示す図である。
【図４】第３の実施例における蒸発器熱交換器を示す図である。
【図５】蒸発器熱交換器のプレートを示す平面図である。
【図６】蒸発器熱交換器を示す斜視図である。
【実施例】
【００２８】
往復動ピストン内燃機関９としての内燃機関８が、自動車、特に貨物自動車を駆動するために用いられ、クラウジウスランキンサイクルを用いて前記内燃機関８の廃熱を利用するためのシステム１を含んでいる。前記内燃機関８は排気ターボチャージャ１７を有する。前記排気ターボチャージャ１７は新鮮空気１６を給気ライン１３内へ圧入し、前記給気ライン１３内に取り付けられた給気冷却器１４が、この給気を前記内燃機関８への送給前に冷却する。前記内燃機関８からの排ガスの一部が排ガスライン１０によって導出され、それに続いて、排ガス再循環冷却器としての蒸発器熱交換器４あるいは熱交換器１２の中で冷却され、そして、排ガス再循環ライン１５によって、前記内燃機関８に前記給気ライン１３で送給された新鮮空気に混合される。排ガスの別の一部が、前記排気ターボチャージャ１７を駆動するために前記排気ターボチャージャ１７内へ導入され、それに続いて排ガス１８として外界に放出される。前記システム１は作動媒体を備えたライン２を有する。前記作動媒体を備えた回路には、膨張機５、凝縮器６、捕集・調整容器７およびポンプ３が組み込まれている。前記ポンプ３によって、前記液体状の作動媒体は前記回路内において更に高い圧力レベルに上昇され、それに続いて前記液体状の作動媒体は前記蒸発器熱交換器４内で蒸発し、次に、前記気体状の作動媒体が膨張して圧力が小さくなることによって、前記作動媒体は前記膨張機５内で機械的仕事を行う。前記凝縮器６において前記気体状の作動媒体は液化され、それに続いて再び前記捕集・調整容器７に送給される。
【００２９】
図２には、前記蒸発器熱交換器４あるいは熱交換器１２の第１の実施例が示されている。前記蒸発器熱交換器４は、前記作動媒体を導入するための入口開口３２と前記作動媒体を前記蒸発器熱交換器４から導出するための出口開口３３とを有する。図２には示されていない第１の流動スペース１９が多数のプレート対２９の間に形成される。前記プレート対２９はそれぞれ上部プレート３０と下部プレート３１とを有する。前記プレート対２９の間にはそれぞれスペーサ３７が配置されている。その際、下部プレート３０の内部に入り込むように蛇行状の流路２０（図５）が設けられており、これにより、上部プレートと下部プレート３０、３１との間に前記蛇行状の流路２０が形成され、この流路の中を前記作動媒体が前記入口開口３２から前記出口開口３３まで導通される。この場合、前記上部および下部プレート３０、３１は、材料結合、すなわちろう接（図示せず）によって互いに結合されている。前記上部および下部プレート３０、３１は、更にそれぞれ前記入口開口および出口開口３２、３３に通過開口３６（前記入口開口３２に入口通過開口３６および前記出口開口３３に出口通過開口３６）を有し、前記通過開口３６に面して前記プレート対２９の間に、通過開口２５を備えた前記スペーサ３７（図４）が位置しており、これにより、前記作動媒体は、前記プレート対２９を通過して、前記スペーサ３９に面して前記プレート対の下および上に位置しているプレート対２９へ流通することができる（同様に図４）。従って、前記スペーサ３７もそれぞれ前記通過開口２５（同様に図４）を有する。前記プレート対２９の間には、断面が矩形の４本の管２８が配置されている。断面が矩形の前記管２８は、排ガスまたは給気を導通するための第２の流動スペース２１を形成し、これにより、排ガスまたは給気から熱を前記作動媒体へと伝達することができ、これによって、前記作動媒体は前記蒸発器熱交換器４において蒸発する。
【００３０】
底部２７は、断面が矩形のディフューザ開口３８を有する。前記底部２７は、前記ディフューザ開口３８において材料結合によって前記管２８に結合されており、すなわち、前記管にろう接されている。前記底部２７には、図２に破線でのみ示されているガスディフューザ２６が配置されており、このガスディフューザは、排ガスまたは給気を導入するための入口開口１１を有する。図２では、前記底部２７は分解図として示されており、前記管２８にまだ固定されていない。図２において後方に示されている前記管２８のもう一方の端部にも、同様に、前記ガスディフューザ２６を備えた第２の底部２７が配置されている（図示せず）。前記上部および下部プレート３０、３１は、材料結合、すなわちろう接（図示せず）によって互いに結合されている。
【００３１】
図３には、前記蒸発器熱交換器４の第２の実施例が示されている。以下においては、基本的に、図２における第１の実施例との相違点についてのみ説明する。前記プレート対２９の間には、断面が矩形の４本の管２８の代わりに断面が矩形の管２８が１本だけ配置されており、前記管２８の内部にフィン３４あるいはフィン構造体３４が配置されている。前記管２８には、前記第１の実施例と同様の方法で、ディフューザ開口３８を備えた底部２７およびガスディフューザ２６が固定される（図示せず）。このことは、図３における実施例に係る前記管２８の両側の端部に当てはまる。なお、前記蒸発器熱交換器４は、第１の実施例においても第２の実施例においても、多数の互いに上下に重ねて配置されたプレート対２９とそれらの間に配置された管２８とを有する。これは、図２および図３ではただ部分的にのみ示されている。
【００３２】
図４には、前記蒸発器熱交換器４の第３の実施例が示されている。図３における第２の実施例と同様の方法で、上部および下部プレート３０、３１を備えた多数のプレート対２９が互いに結合されて、上下に重ねて配置されている。この場合、前記上部プレート３０は、間接的に周回状のフレーム３５を介してろう接により前記下部プレート３１に結合されている。これにより、前記上部プレートと下部プレート３０、３１との間にそれぞれ第１の流動スペース１９が形成される。前記プレート対２９の間にそれぞれ前記通過開口２５を備えたスペーサ３７が配置されており、従って、前記上部および下部プレート３０、３１に前記通過開口３６があることで、互いに上下に重ねて配置されたプレート対２９のプレート３０、３１の間における多数の流動スペース１９内へ前記作動媒体を導入することおよびそこから導出することができる。２つの異なるプレート対２９の前記下部プレート３１と前記上部プレート３０との間に前記フィン３４が配置されており、この上部プレート３０と前記下部プレート３１との間の前記フレーム３５によって、それぞれ前記流体用の第２の流動スペース２１が２つのプレート対２９の間に形成される。前記プレート対２９のガス側縁部にそれぞれガスディフューザ２６（図示せず）が配置されている。その際、前記ガスディフューザ３８は、前記互いに上下に積層されたプレート対２９の両端に流体密に直接ろう接されている。
【００３３】
例えば特殊鋼またはアルミニウムから成る前記蒸発器熱交換器４の構成要素、例えば前記プレート対２９、前記フィン３４、前記ガスディフューザ２６または前記スペーサ３７は、材料結合、特にろう接または接着によって互いに結合されている。
【００３４】
図５には、第１および第２の実施例における前記蒸発器熱交換器４の前記プレート３０、３１が図示されている。前記上部および下部プレート３０、３１は、前記作動媒体を導通するための２つの通過開口３６を有する。この場合、前記プレート３０、３１内に流路２０が第１の流動スペース１９として設けられており、この流路は前記両通過開口３６を互いに接続する。これにより、前記作動媒体は、図５に即して、前記上部（入口）通過開口３６から前記流路２０を介して前記下部（出口）通過開口３６にまで流通する。２つのプレート対（図２および図３）の間においてそれぞれ前記通過開口３６に、通過開口２５を備えたスペーサ３７が配置されている。この場合、前記蒸発器熱交換器４の動作中に前記プレート対に相異なる温度変化が生じる。例えば、あるプレート対２９がその下に位置するプレート対２９よりも著しく強く加熱されることがあり得る。これによって、前記強く加熱された方のプレート対２９の前記プレート３０、３１は著しく大きく膨張し、その結果、より強く加熱された方の前記プレート対２９は、ほんの僅かに加熱された方の、または加熱されていない方の前記プレート対２９よりも大きく膨張するので、前記スペーサ３７において剪断応力を吸収する必要がある。この種の剪断応力は、前記プレート３０、３１と前記スペーサ３７との間のろう接部に損傷を引き起こす恐れがある。この理由により、前記両通過開口３６の間に、２つの膨張開口２２がそれぞれ膨張スロット２６として形成して備えられている。前記両膨張スロット２３によって、前記プレート３０、３１は、温度変化が生じた場合に容易に変形でき、これにより、前記プレート３０、３１において前記通過開口３６の間に僅かな応力しか生じ得ず、従って、前記プレート３０、３１と前記スペーサ３７との間においても前記ろう接部に僅かな剪断応力しか生じ得ない。この場合、前記膨張スロット２３は、それぞれ前記通過開口３６と前記流路２０との間に形成されている。前記膨張開口２２と前記通過開口３６との間および前記通過開口２２と前記流路２０との間には十分なろう接部が存在しており、これにより、前記蒸発器熱交換器４は、また大きな機械的負荷、特に振動による大きな機械的負荷にも耐えることができる。この場合、前記膨張スロット２３は、１ｍｍから１０ｍｍの範囲の幅、好ましくは２ｍｍから５ｍｍの範囲の幅を有し、かつ、２ｍｍから３０ｍｍの範囲の長さ、好ましくは５ｍｍから３０ｍｍの範囲の長さを有する。
【００３５】
図４における第３の実施例に係る前記熱交換器４の場合、前記下部プレート３１は蛇行状の流路２０を有していないが、前記プレート３０、３１は、図５の場合と同様にそれぞれ前記両膨張スロット２３を備えている。
【００３６】
図６は、熱交換器１２としての前記蒸発器熱交換器４を示す斜視図である。前記上部スロット３０の前記両通過開口３６には、それぞれブシュ２４が配置されている。前記ブシュ２４には、前記作動媒体用の入口開口３２と前記作動媒体用の出口開口３３とが備えられている。排ガスは、前記プレート対２９の間に形成された前記第２の流動スペース２１の中を導通される。従って、排ガスは流入部３９を通じて導入され、流出部３０を通じて前記熱交換器１２から導出される。この場合、好ましくは、前記蒸発器熱交換器４、特に前記熱交換器１２は、図示されていないハウジングを有することも可能であり、前記ハウジングにより包囲された内部スペースの中に、互いに上下に積層された前記プレート対２９が配置されている。その際、前記ハウジングは、前記第２の流体用、すなわち排ガス用の入口開口１１と出口開口とを有する。この場合、前記ハウジングは、前記ガスディフューザ２６として構成しておくことも可能である。
【００３７】
全体的に見て、本発明に係る熱交換器１２には重要な諸利点が結びついている。前記熱交換器１２を蒸発器熱交換器４として前記システム１で用いる場合、前記蒸発器熱交換器４に温度変化が生じることによって大きな熱負荷が生じる。前記プレート３０、３１における前記膨張開口２２によって、発生する熱負荷が著しく低減され、これにより、前記プレート３０、３１と前記スペーサ３７との間のろう接部により吸収しなければならない剪断応力あるいは力は著しく低減するので、前記蒸発器熱交換器４の耐久性は著しく向上される。
【符号の説明】
【００３８】
１  システム
２  ライン
３  ポンプ
４  蒸発器熱交換器
５  膨張機
６  凝縮器
７  捕集・調整容器
８  内燃機関
９  往復動ピストン内燃機関
１０  排ガスライン
１１  第２の流体である排ガス用の入口開口
１２  熱交換器
１３  給気ライン
１４  給気冷却器
１５  排ガス再循環ライン
１６  新鮮空気
１７  排気ターボチャージャ
１８  排ガス
１９  第１の流動スペース
２０  流路
２１  第２の流動スペース
２２  膨張開口
２３  膨張スロット
２４  ブシュ
２５  スペーサにおける通過開口
２６  ガスディフューザ
２７  底部
２８  管
２９  プレート対
３０  上部プレート
３１  下部プレート
３２  第１の流体である作動媒体用の入口開口
３３  第１の流体である作動媒体用の出口開口
３４  フィン
３５  フレーム
３６  通過開口
３７  スペーサ
３８  ディフューザ開口
３９  排ガスの流入
４０  排ガスの流出
【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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【国際調査報告】
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