(57)【要約】【課題】本発明の課題は、先行技術から出発して、自動車の熱交換器システムを設備技術的に改善し、そしてその効率を高めることである。【解決手段】課題は、作動媒体の為の一つの閉じられた循環系を有する自動車の熱交換器システムであって、その際、作動媒体の蒸発の為の蒸発装置（１）と、蒸気状の作動媒体の凝縮の為の凝縮装置（２）が設けられており、および凝縮装置（２）と蒸発装置（１）の間に液体状の作動媒体の為の貯蔵容器（３）が設けられており、その際、貯蔵容器（３）と蒸発装置（１）が、液体状の作動媒体の為のサプライ部配管（１４）を介して互いに接続されている自動車の熱交換器システムにおいて、貯蔵容器（３）と蒸発装置（１）が追加的に、一つの調整配管（２１）を介して互いに接続されていることにより解決される。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動媒体の為の一つの閉じられた循環系を有する自動車の熱交換器システムであって、その際、作動媒体の蒸発の為の蒸発装置（１）と、蒸気状の作動媒体の凝縮の為の凝縮装置（２）が設けられており、および凝縮装置（２）と蒸発装置（１）の間に液体状の作動媒体の為の貯蔵容器（３）が設けられており、その際、貯蔵容器（３）と蒸発装置（１）が、液体状の作動媒体の為のサプライ部配管（１４）を介して互いに接続されている自動車の熱交換器システムにおいて、
貯蔵容器（３）と蒸発装置（１）が追加的に、一つの調整配管（２１）を介して互いに接続されていることを特徴とする自動車の熱交換器システム。
【請求項２】
蒸発装置（１）が、少なくとも一つの蒸発装置カセット（４）を有し、その際、蒸発装置カセット（４）内に毛細管構造（８）が設けられており、そして蒸発装置カセット（４）が、液体側（１２）及び蒸気側（１３）並びに蒸気収集部（１６）を有することを特徴とする請求項１に記載の自動車の熱交換器システム。
【請求項３】
調整配管（２１）が、蒸発装置カセットの液体側と接続していることを特徴とする請求項２に記載の自動車の熱交換器システム。
【請求項４】
調整配管（２１）が調整接続部（２２）を介して、及びサプライ部配管（１４）がサプライ部接続部（１５）を介して蒸発装置（１）と接続されており、その際、調整接続部（２２）がサプライ部接続部（１５）の上に位置していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の自動車の熱交換器システム。
【請求項５】
毛細管構造（８）が、焼結された材料からなる多孔性のプレート筐体から形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の自動車の熱交換器システム。
【請求項６】
毛細管構造（８）が、蒸気側（１３）に複数の蒸気溝（１９）及び／又は複数の蒸気チャネルを有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の自動車の熱交換器システム。
【請求項７】
蒸発装置（１）が、少なくとも二つの蒸発装置カセット（４）を有し、その際、当該蒸発装置カセット（４）の間に、一つのチャネル（１０）、特に排ガスチャネルが形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の自動車の熱交換器システム。
【請求項８】
チャネル（１０）内に、複数の熱交換器要素（１１）が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の自動車の熱交換器システム。
【請求項９】
蒸発装置カセット（４）の蒸気側（１３）に、複数の蒸気溝及び／又は複数の蒸気チャネルが蒸発装置カセット（４）のハウジング（５）の底部内に設けられていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の自動車の熱交換器システム。
【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特徴に従う自動車の熱交換器システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車内の熱的な損失エネルギー又は排熱、例えば、自動車の内燃機関の排ガス中における熱的損失エネルギーの利用は、自動車の効率を高める様々なアプローチを提供する。これと関連して、キャビンの暖房のだめの排熱の使用は、追加的な暖房措置を省略し、そしてこれによって燃料消費を現象する可能性を提供する。また、自動車の駆動トレインコンポーネントの暖機運転の加速のため、排熱が使用されることも可能である。これによって機械的な損失出力と、ひいては暖機運転中のエンジン負荷およびエンジン消費が減少されることが可能である。
【０００３】
エンジンの燃焼プロセスにおいて発生する排熱の回生は、その結果、大きな燃料の削減ポテンシャルを提供し、そして自動車の走行快適性および使用快適性の向上に貢献する。
【０００４】
特許文献１および２により、熱の伝達のための毛細管ポンプを有する、ミクロ流体的循環系システム内の液体の搬送のための方法が公知である。循環系内には、少なくとも一つの蒸発装置と凝縮装置および熱交換を行う流体または作動媒体の収容のための容器が設けられている。蒸発装置は、蒸発装置配管を介して凝縮装置の入口部と接続されている出口部を有する。凝縮装置の出口部は、貯蔵容器と接続されている。蒸発装置は、透過性の材料による蒸発装置ボディを有する。作動媒体を熱吸収によって蒸発させ、そして毛細管効果によるポンプ圧力を循環系内に生じさせるためである。貯蔵容器と蒸発装置は、熱的に互いに隔離されており、かつ配管を介して互いに接続されている。ここで容器は、蒸発装置よりも低い温度で保持されるよう形成されている。これは、熱源と凝縮装置の間の最小の温度差によって熱交換を可能とする。
【０００５】
特許文献３または４は、特許文献５と同様に、熱管、いわゆるヒートパイプによって冷却水が加速的に温められる提案を開示している。ここで従来のヒートパイプが使用される。その際、ヒートパイプの蒸発装置領域は、背月そ接触し、凝縮装置部分は、エンジンの冷却循環系と接触する。ヒートパイプは、その壁部に毛細管構造を有する。凝縮装置の作動媒体は、蒸発装置ゾーンへと戻るよう搬送される。
【０００６】
更に、特許文献６が循環系タイプのヒートパイプ、いわゆるループヒートパイプを先行技術に対し挙げている。このヒートパイプは、排ガスから空冷式の凝縮装置へと熱を導く。凝縮装置を介してドライバーキャビン内に流れ込む空気が暖められる。
【０００７】
ループヒートパイプは、真空引きされ、作動媒体でもって満たされる、閉じられた熱搬送システムである。ループヒートパイプ（ＬＨＰ：Ｌｏｏｐ  Ｈｅａｔ  Ｐｉｐｅ）による排ガス熱利用の際、ＬＨＰ蒸発装置は、自動車の排ガス配管内に統合されている。蒸発装置は、基本的に、ハウジング、内側に位置する毛細管構造、シール及びカバーから成っている。シールは、液体状の作動媒体と気体状の作動媒体の間の圧力差の維持の為に使用される。これは、毛細管構造の内部の毛細管力によってつくりだされる。
【０００８】
毛細管構造の内部の蒸発は、多くの場合金属構造を有する熱伝達性によって可能とされる。同時に、毛細管構造は、蒸発装置部分への熱ブリッジとして作用する。この中で、作動媒体は液体状で毛細管構造に至る。この蒸発装置部分内では、熱ブリッジ作用によって作動媒体の蒸発が行われる。これは一方では、蒸発装置の液体部分と蒸発領域の間の圧力差の減少に通じる。その上、蒸気は、貯蔵容器と蒸発装置の間の接続配管を押し通す。このことは、液体状の作動媒体の供給を防止し、そして貯蔵容器内への蒸気の上昇によって特徴づけられる。多くの熱が進入する際、この効果はより強いことが可能である。それは、毛細管構造の完全な乾燥を防止するのに、逆流が十分でないほどである。この場合、ループヒートパイプの内部の循環系は中断され、そして蒸発装置と凝縮装置の間の熱搬送が停止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】欧州特許第０  ８３２  ４１１  Ｂ１号明細書
【特許文献２】ドイツ連邦共和国特許出願公開第６９６  ０６  ２９６  Ｔ２号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第４，０８７，０４７  Ａ号明細書
【特許文献４】ドイツ連邦共和国特許出願公開第２５  ２３  ６４５  Ａ１号明細書
【特許文献５】ドイツ連邦共和国特許出願公開第３８  ０６  ４１８  Ｃ２号明細書
【特許文献６】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０  ２００８  ００７  ７２６  Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、先行技術から出発して、自動車の熱交換器システムを設備技術的に改善し、そしてその効率を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この課題は、請求項１の自動車の熱交換器システム中の本発明に従い解決される。
【００１２】
本発明に係る自動車の熱交換器システムの有利な態様及び発展形は、従属請求項２から９の対象である。
【００１３】
自動車の熱交換器システムは、作動媒体の為の一つの閉じられた循環系を有する。循環系内には、蒸発装置が統合されている。蒸発装置は、自動車の熱源と熱交換を行う接触状態である。特に有利には、自動車の内燃機関の排ガス流内に蒸発装置は統合されている。これによって高温の排ガスの排熱が利用されることが可能である。自動車の内燃機関から連行される排ガスは、このため完全にまたは部分的に排ガスチャネルを通って導かれる。作動媒体は、蒸発装置内で蒸発し、そしてそこから蒸気配管を介して自動車内に設けられた凝縮装置へと流れる。凝縮装置内では、コンシューマーとの熱交換が行われる。その際、蒸気状の作動媒体は凝縮し、液化される。リターン配管を介して、液体状の作動媒体が貯蔵容器内へ、そしてそこからサプライ部配管を介して蒸発装置内へと戻り案内される。
【００１４】
自動車の熱交換器システムには、液体状の作動媒体の為の貯蔵容器が属する。これは、作動媒体の貯蔵のため、および媒体循環系の均一化の為に使用される。貯蔵容器は、凝縮装置と蒸発装置の間に設けられており、そして流体配管を介してこれらと接続されている。貯蔵容器と蒸発装置は、液体状の作動媒体の為のサプライ部配管を介して互いに接触している。
【００１５】
発明に従い、貯蔵容器と蒸発装置は、追加的に調整配管を介して互いに接続されている。
【００１６】
蒸発装置の液体側又は液体部分と貯蔵容器の間の追加的な調整配管は、蒸発装置の液体側からの蒸気導出をサポートする、又は蒸発装置から貯蔵容器への圧力調整をサポートする。
【００１７】
好ましくは、蒸発装置は、少なくとも一つの蒸発装置カセットを有する。その際、蒸発装置カセット内には毛細管構造が設けられている。蒸発装置カセット内には、毛細管構造によって流体面及び蒸気側が互いに分離されている。更に、蒸発装置カセットは蒸気収集部を有している。蒸気収集部内では、蒸気状の作動媒体が収集され、そしてそこから凝縮装置へと導かれる。
【００１８】
毛細管構造は、好ましくは、多孔性のプレート筐体により形成されている。好ましくは、毛細管構造は焼結された材料から成っている。特に、毛細管構造は、金属ベースで形成されている。
【００１９】
本発明の特に有利な観点は、調整配管が蒸発装置カセットの液体側と接続していることを意図している。
【００２０】
本発明の枠内で、調整配管が調整接続部を介して、及びサプライ部配管がサプライ部接続部を介して蒸発装置と接続されていることが意図されている。ここで調整接続部は、特にサプライ部接続部の上に位置している。このようにして、調整接続部が自動車の熱交換器システム内で位置的にサプライ部接続部よりも高いところに位置する。その結果、場合によっては、熱交換器の液体側上に形成される蒸気が、自然の揚力（浮力）によって調整接続部の方向へと流れる。
【００２１】
液体の作動媒体は、貯蔵容器と蒸発装置の間のサプライ部配管を介して、蒸発装置の下の部分へと導かれ、これと反対に蒸気は、調整配管を介して蒸発装置の上の部分へと導出される。この配置によって液体状の作動媒体は、流体面上に発生する蒸気を上に向かって押し、そこから蒸気は貯蔵容器の方向へと調整配管を介して導出される。これによって蒸気に対する強制方向が生じる。貯蔵容器と蒸発装置の間の蒸気のサプライ部配管を通っての上昇が防止される。特に有利には、ここで、液体側上に大きな蒸気又は蒸気領域が発生しないという作用が生じる。そのような損傷的な領域は、作動媒体の過加熱と、クリティカルな場合には損傷に通じる可能性があろう。というのはそこで、相応して冷却作用を有する液体状の作動媒体が失われるからである。
【００２２】
蒸発装置カセットは、好ましくは長方形のプレート形状に構成されている。簡単な構成で蒸発装置カセットのハウジングは、ハウジングシェルから成る。これは、カバーによって閉じられている。カバー内には、作動媒体の為にも調整配管の為にも必要な複数の接続部が統合されている。蒸発装置カセットの内部空間内には、毛細管構造が設けられている。これは、場合によっては長方形のプレート形状に構成されている。この態様は製造技術的に有利である。同じことは、蒸発装置の重量と必要な構造空間にも言える。毛細管構造内には、複数の蒸気溝及び／又は複数の蒸気チャネルが形成されている。特に有利には、蒸気溝又は蒸気チャネルが毛細管構造の蒸気側に設けられている。代替として、又は追加的に、蒸発装置カセットのハウジング内にも、つまり詳しく言うと、合うジングの底部の蒸気側にも、蒸気溝又は蒸気チャネルが形成されていることが可能である。その様な蒸気溝又は蒸気チャネルは、ハウジングの底部内の条部によって形成されていることが可能である。当然、蒸気溝又は蒸気チャネルの切削による製造もまた可能である。
【００２３】
特に有利な態様は、蒸発装置が少なくとも二つの蒸発装置カセットを有し、その際、当該蒸発装置カセットの間に、高温の流体を案内するための一つのチャネル、排ガスチャネルが形成されていることを意図する。高温の流体、特に排ガスからの蒸発装置内への熱伝達は、複数の熱交換器要素、例えば熱交換器フィンを介して行われる。熱の進入によって作動媒体は、毛細管構造の内部で蒸発し、そして蒸発溝を通って蒸気収集部へと導かれ、さらに引き続いて蒸気配管をとおって凝縮招致へと導かれる。凝縮装置内で、作動媒体は熱放出によって液化しそしてリターン配管を介して貯蔵容器内へと流れる。貯蔵容器から液体状の作動媒体がサプライ配管部を介して蒸発装置へと戻って流れる。
【００２４】
本発明に係る自動車の熱交換器システムの凝縮装置内では、蒸発装置から来る蒸気状の作動媒体が凝縮する。この為、凝縮装置は冷却流体流中に統合されており、そして冷却流体により付勢される。その際、冷却流体が、凝縮装置に当たるか、または凝縮装置の周りに流れるか、又は冷却流体が凝縮装置を通って流れる。自動車の熱交換器システムの実践に有利な態様においては、貯蔵容器は冷却流体流中に配置されていることが可能であり、そして冷却流体流によって冷却される。この措置は、低い圧力レベルが循環系中に保持されることに貢献する。
【００２５】
本発明を以下に図中に表された実施例に基づいて詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】発明に係る自動車の熱交換器システムの熱交換器の蒸発装置カセットの長手方向断面図の簡易化及び簡略化された図。
【図２】流体流の図を伴う図１に相当する蒸発装置カセットの図。
【図３】本質的システムコンポーネントを伴う発明に係る自動車の熱交換器システムの技術的簡略図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
自動車の熱交換器システムは、作動媒体ＡＭの為の一つの閉じられた循環系を有し、そして作動媒体ＡＭの蒸発の為の蒸発装置１及び蒸気状の作動媒体ＡＭの凝縮の為の凝縮装置２を有する。作動媒体ＡＭは、特にエタノールである。凝縮装置２と蒸発装置１の間には貯蔵容器３が設けられている。蒸発装置１は、自動車の内燃機関の排ガス流ＡＧ中に統合されている。
【００２８】
蒸発装置１は、図３の実施例においては全部で二つの蒸発装置カセット４を有している。蒸発装置カセット４は、図１および２においては技術的に簡易化された長手方向断面図として表されている。
【００２９】
蒸発装置カセット４は、長方形に構成されており、そしてハウジングシェル６からなるハウジング５とカバー７を有する。蒸発装置カセット４のハウジング５内には、各一つの毛細管構造が設けられている。毛細管構造８は、特に金属ベースである、焼結された材料から成る多孔性のプレート筐体から形成されている。毛細管構造８は、ハウジング５内で位置合わせされており、そして間隔保持部９を介してカバー７に対してシールされている。間隔保持部９は複数のシールによって形成されている。
【００３０】
両方の蒸発装置カセット４は、互いに平行に配置されており、そして垂直方向に向けられている。蒸発装置カセット４の間には、高温の排ガスＡＧの為の排ガスチャネル１０が形成されている。排ガスＡＧは、自動車の内燃機関の排ガス流から来る。ここでこれは、排ガス流から分岐された部分流であることも可能である。排ガスチャネル１０内には、熱交換器要素１１が熱移行面の拡大の為に設けられている。熱交換器要素１１は、蒸発装置１の長手方向に向けられた複数の薄板フィン、いわゆる熱交換器フィンである。排ガスＡＧは、排ガスチャネル１０を通って流れる。ここで排ガスＡＧの熱は、蒸発装置カセット４と作動媒体ＡＭに伝達される。熱流は、図２においては矢印ＷＳによって表されている。図２中にはさらに液体状の作動媒体ＡＭと蒸気状の作動媒体ＡＭの流体流が表されている。作動媒体ＡＭの凝縮状態を表すため、液体状の作動媒体はＡＭｆにより、そして蒸気状の作動媒体はＡＭｄにより表されている。
【００３１】
蒸発装置カセット４内には、毛細管構造８によって液体側１２と蒸気側１３に分離されている。液体側１２には、サプライ部配管１４がサプライ部接続部１５を介して液体状の作動媒体ＡＭｆを蒸発装置カセット４内に供給するために設けられている。各蒸発装置カセット４は、更に蒸気収集部１６を有する。蒸気収集部１６内では、蒸発装置カセット４内で蒸発された作動媒体ＡＭｄが収集され、そして自動車の熱交換器システムの循環系内の蒸気アウトレット１７および蒸気配管１８を介して凝縮装置２へと導かれる。
【００３２】
液体状の作動媒体ＡＭｆは、液体側１２で毛細管構造８の面にわたって分配される。排ガスチャネル１０を通って流れる高温の排ガスＡＧからの熱伝達によって、作動媒体ＡＭは、蒸発装置カセット４内で蒸発する。作動媒体ＡＭは、液体側１２から毛細管構造８を通り、そして液体状の状態から蒸気状の状態へと移行する。蒸発装置１の運転中の液体と蒸気の間の相境界は、毛細管構造８内を推移する。これによって毛細管圧が構築される。この毛細管圧は、作動媒体ＡＭの循環系を制約し、そして保持する。蒸気側１３では、蒸気状の作動媒体ＡＭｄが蒸気溝１９を通って蒸気収集部１６に至るまで流れる。蒸気状の作動媒体ＡＭｄは、蒸気収集部１６から蒸気アウトレット１７及び蒸気配管１８を介して連行される。
【００３３】
凝縮装置２内でコンシューマーへの熱放出によって液化された作動媒体ＡＭｆは、リターン配管２０を介して貯蔵容器３内へと導かれる。貯蔵容器３から、液体状の作動媒体ＡＭｆはサプライ部配管１４を介して蒸発装置１へと至り、そして蒸発装置カセット４内へ導かれる。
【００３４】
蒸発装置１と貯蔵容器３の間には、追加手金、調整配管２１が設けられている。これらは、貯蔵容器３と蒸発装置１を接続する。調整配管２１を介して蒸発装置１と貯蔵容器３の間の圧力調整が行われる。これによって特に、蒸発装置１の液体側１２に形成される蒸気が抜けることができる。
【００３５】
図３は、自動車の熱交換器システムの循環系内における液体状の作動媒体ＡＭｆと蒸気状の作動媒体ＡＭの流体案内を示す。液体状の作動媒体ＡＭは、貯蔵容器３内に貯蔵され、そして其々サプライ部配管１４を介して蒸発装置１へと導かれる。両方の蒸発装置カセット４の拡大のため、サプライ部配管１４が二つの配管トレインに分離される。サプライ部接続部１５を介して、液体状の作動媒体ＡＭｆが其々、蒸発装置カセット４の液体側１２に至る。蒸発した、または蒸気状となった作動媒体ＡＭｄは、蒸気アウトレット１７を介して蒸発装置カセット４から流出し、そして蒸気配管１８を介して凝縮装置２へと導かれる。
【００３６】
調整配管２１は、調整接続部２２を介して同様に蒸発装置カセット４の液体側１２と接続されている。調整接続部２２は、サプライ部接続部１５の上に設けられているのがわかる。調整接続部２２は、その結果サプライ部接続部１５の上に垂直に位置する。その結果、液体状の作動媒体ＡＭｆは、サプライ部配管１４を介して蒸発装置１または蒸発装置カセット４の下の部分内へと導かれ、そして上述したように蒸発する。その際、作動媒体ＡＭはここで毛細管構造８によって流体面１２から蒸気側１３へと移行する。液体側１２で熱ブリッジ形成によって、作動媒体ＡＭの蒸発が行われる限り、これは、調整配管２１を介して蒸発装置１又は蒸発装置カセット４の上の部分から導き出されることができる。液体状の作動媒体ＡＭｆは、液体側１２で発生する蒸気を上に向かって押し、そこで調整接続部２１を介して導き出され、そして調整配管２１を介して貯蔵容器３内へと移される。蒸発装置カセット４の液体側１２における蒸気又は蒸気領域の形成は、このようにして防止されることが可能である、又はこれが反対に作用されることが可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１  −  蒸発装置
２  −  凝縮装置
３  −  貯蔵容器
４  −  蒸発装置カセット
５  −  ハウジング
６  −  ハウジングシェル
７  −  カバー
８  −  毛細管構造
９  −  間隔保持部
１０  −  排ガスチャネル
１１  −  熱交換器要素
１２  −  液体面
１３  −  蒸気面
１４  −  サプライ部配管
１５  −  サプライ部接続部
１６  −  蒸気収集部
１７  −  蒸気アウトレット
１８  −  蒸気配管
１９  −  蒸気溝
２０  −  リターン配管
２１  −  調整配管
２２  −  調整接続部
ＡＭ  −  作動媒体
ＡＭｆ  −  液体状の作動媒体
ＡＭｄ  −  蒸気状の作動媒体
ＡＧ  −  排ガス
ＷＳ  −  矢印
【図１】
2016211843.tif 000003
【図２】
2016211843.tif 000004
【図３】
2016211843.tif 000005
【外国語明細書】
2016211843000001.pdf