(57)【要約】本発明は、特に内燃エンジンのための、好ましくは自動車のための、ガスフロー（２５）を冷却するための冷却器（１８）に関する。冷却器は、冷却ブロック（２３）を備え、この冷却ブロックは、ガスフロー（２５）が通って流れ得るガス通路（２７）と、冷却液が通って流れ得る冷却液通路（２８）とを有している。ガス通路と冷却液通路とは、媒体を分離した態様で互いに熱的に結合されている。ガスフローにおける凝縮液のリスクは、ガスフロー（２５）から液体を分離するための液体分離器（２４）により低減され得る。液体分離器は、冷却ブロック（２３）のガス通路（２７）の出口サイド（２６）に設けられている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
好ましくは自動車の特に内燃エンジン（１）のための、ガスフロー（２５）を冷却するための冷却器であって、
上記ガスフロー（２５）が通って流れ得るガス通路（２７）と、冷却液が通って流れ得る冷却液通路（２８）とを有し、上記ガス通路と上記冷却液通路とが媒体を分離した態様で互いに熱的に結合されている冷却ブロック（２３）と、
上記冷却ブロック（２３）の上記ガス通路（２７）の出口サイド（２６）に設けられ、上記ガスフロー（２５）から液体を分離するための液体分離器（２４）とを備えている
ことを特徴とする冷却器。
【請求項２】
請求項１において、
上記液体分離器（２４）は、上記ガスフロー（２５）が通って流れ得る管断面（６０）を有するガス管（５９）を有し、上記ガス管は、上記ガスフロー（２５）が通って流れ得る少なくとも１つの分離構造体（６１，６２）により大部分が塞がれている
ことを特徴とする冷却器。
【請求項３】
請求項２において、
重力方向（６４）において上記管断面（６０）に隣接する捕集管（６３）を備え、上記捕集管は、上記ガス管（５９）と交差するように延びて、上記ガス管（５９）に対して開き、少なくとも１つの上記分離構造体（６１，６２）の滴下端（６６）が重力方向（６４）において隣接するように配置されている
ことを特徴とする冷却器。
【請求項４】
請求項２または３において、
上記捕集管（６３）に排出管（６５）が接続されている
ことを特徴とする冷却器。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項において、
複数の上記分離構造体（６１，６２）は、上記ガス管（５９）において直列に配置されている
ことを特徴とする冷却器。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか１項において、
各々の上記分離構造体（６１，６２）は、親水性の織物により形成されている
ことを特徴とする冷却器。
【請求項７】
請求項２〜６のいずれか１項において、
各々の上記分離構造体（６１，６２）は、上記管断面（６０）と交差するように延びる保持具（６７，６８）に設けられている
ことを特徴とする冷却器。
【請求項８】
請求項２〜７のいずれか１項において、
上記液体分離器（２４）は、上記ガス管（５９）を含みかつ上記冷却ブロック（２３）に取り付けられたハウジング（５８）を有している
ことを特徴とする冷却器。
【請求項９】
請求項１において、
上記ガス通路（２７）は、上記冷却ブロック（２３）において、液膜（３１）が形成可能ないくつかの壁面（３０）を有し、
上記液体分離器（２４）は、ガス出口サイドにおいて上記冷却ブロック（２３）の表面（３２）に直接的に接触しかつ上記液膜（３１）を排出する
ことを特徴とする冷却器。
【請求項１０】
請求項９において、
上記液体分離器（２４）は、上記ガス出口サイドにおいて上記冷却ブロック（２３）の上記表面（３２）に直接的に接触しかつ上記液膜（３１）を上記液体分離器（２４）の捕集構造体（３４）へ案内するウェブ（３３）を有している
ことを特徴とする冷却器。
【請求項１１】
請求項１０において、
上記液体分離器（２４）は、上記ガスフローの方向（３５）と交差するように広がりかつ上記冷却ブロック（２３）のガス側流出開口部（３８）と並んだ貫通開口部（３７）を有し、上記ウェブ（３３）が突出するプレート本体（３６）を有している
ことを特徴とする冷却器。
【請求項１２】
請求項１１において、
上記プレート本体（３６）は、上記液膜（３１）を受容する親水性の繊維構造体（３９）を有している
ことを特徴とする冷却器。
【請求項１３】
請求項９において、
上記液体分離器（２４）は、上記ガスフローの方向（３５）と交差する上記壁面（３０）のガス側流出端（４２）に直接的に隣接する排出ギャップ（４１）を有し、
上記液膜（３１）は、各々の上記壁面（３０）から各々の上記排出ギャップ（４１）に入ることができかつ上記排出ギャップにおいて排出され得るように構成されている
ことを特徴とする冷却器。
【請求項１４】
請求項１３において、
各々の上記排出ギャップ（４１）は、毛細管力が上記液膜（３１）を上記排出ギャップ（４１）内へ引き寄せて上記排出ギャップにおいて排出するように寸法が規定されている
ことを特徴とする冷却器。
【請求項１５】
請求項１３または１４において、
上記液体分離器（２４）は、各々の上記排出ギャップ（４１）に隣接し、および／または、各々の上記排出ギャップ（４１）内に設けられた親水性の繊維構造体（４５）を有している
ことを特徴とする冷却器。
【請求項１６】
請求項１３〜１５のいずれか１項において、
上記液体分離器（２４）は、上記ガスフロー（２５）と交差するように広がりかつ上記冷却ブロック（２３）のガス側流出開口部（３８）と並んだ貫通開口部（４７）および突出したウェブ構造体（４８）を有するプレート本体（４６）を有し、
上記ウェブ構造体は、上記ガス出口サイドにおいて上記冷却ブロック（２３）の上記表面（３２）に直接的に接し、
上記排出ギャップ（４１）は、上記ガス出口サイドにおける上記表面（３２）および上記冷却ブロック（２３）に面する上記プレート本体（４６）の内側面（５０）により区画されている
ことを特徴とする冷却器。
【請求項１７】
請求項１において、
上記液体分離器（２４）は、ガス出口サイドにおいて上記冷却ブロック（２３）の表面（３２）を完全に覆うように広がり、上記ガスフロー（２５）が通って流れることができ、上記ガス通路（２７）から出てきた液体を受容して排出する親水性の繊維構造体（５１）を有している
ことを特徴とする冷却器。
【請求項１８】
請求項１７において、
上記繊維構造体（５１）は、上記ガスフローの方向（３５）において、上記冷却ブロック（２３）から離して設けられている
ことを特徴とする冷却器。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか１項において、
上記液体分離器（２４）は、分離された液体のための水槽（５２）と、上記分離された液体を蒸発させるための蒸発器（５３）とを有している
ことを特徴とする冷却器。
【請求項２０】
請求項１９において、
上記蒸発器（５３）は、上記冷却ブロック（２３）の下流側の上記ガスフロー（２５）の温度に応じて温度制御されている
ことを特徴とする冷却器。
【請求項２１】
請求項１７〜２０のいずれか１項において、
上記蒸発器（５３）は、分離された液体を蒸発のために上記繊維構造体（５１）に送る
ことを特徴とする冷却器。
【請求項２２】
戻された排気ガスの冷却のために請求項１〜２１のいずれか１項に記載の冷却器（１８）を使用する排気ガス戻しシステム（６）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスフローを冷却するための冷却器に関し、特に、戻された排気ガスを冷却するための排気ガス戻し冷却器に関するものである。加えて、本発明は、そのような冷却器の使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷却器は、通常、冷却ブロックを備えており、この冷却ブロックは、ガスフローが流れ得るガス通路および冷却液が流れ得る冷却液通路とを有している。ガス通路と冷却液通路とは、媒体を分離した態様で互いに熱的に結合されている。
【０００３】
そのような冷却器は、自動車においてさまざまな態様で使用される。応用の特別な形態は、排気ガス戻し部において作り出され、そこでは、戻された排気ガスを内燃エンジンの燃焼室の上流で外気と混合するために、排気ガスシステムから外気システムへ外部に排気ガスが送り込まれる。そのような排気ガス戻し部（ＥＧＲ）は、内燃エンジンの燃料消費および汚染物質放出に関して有利であることが証明されている。ターボチャージャ付きの内燃エンジンでは、高圧排気ガス戻し部（ＨＰ  ＥＧＲ）と低圧排気ガス戻し部（ＬＰ  ＥＧＲ）との間で区別がされている。ターボチャージャ付きの内燃エンジンは、排気ガスターボチャージャが装備されており、排気ガスターボチャージャのタービンは、排気ガスシステムに設けられ、排気ガスターボチャージャの圧縮機は、外気システムに設けられている。ここで、圧縮機とタービンとは、外気システムと排気ガスシステムとの各々を、高圧領域と低圧領域とに分ける。外気側の低圧領域は、圧縮機の上流側に延びている。外気側の高圧領域は、圧縮機の下流側に延びている。排気ガス側の低圧領域は、タービンの下流側に延びている。排気ガス側の高圧領域は、タービンの上流側に延びている。高圧排気ガス戻し部（ＨＰ  ＥＧＲ）は、そのため、タービンの上流側および圧縮機の下流側に位置する。それとは対照的に、低圧排気ガス戻し部（ＬＰ  ＥＧＲ）は、タービンの下流側および圧縮機の上流側に位置する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
排気ガスには、水蒸気の形態で水分が含まれ得、それは燃焼プロセスを通して生じ得る。さらに、水分は、外部環境から取り出された外気中に水蒸気の形態で含まれ得る。戻された排気ガスは、一般に、例えば外気の流体質量を増加させるために、排気ガス戻し部の冷却器により冷却される。外部環境の状態によっては、戻されたガスは、水の露点以下に冷却され、それにより凝縮が生じ、そのために液体の水が蓄積する。これにより、滴ができ、この滴は、下流に続く構成要素を傷つけ得る。ここで、機械的損傷および腐食性の損傷の両方が生じ得る。特に、圧縮機内で高速回転する圧縮機ホイールは、液滴との衝突による損傷の大きなリスクにさらされる。加えて、凝縮液は、付着して、好ましくない環境状態においては凍結し得る。ここで、また、特に圧縮機ホイールが大きなリスクにさらされる。
【０００５】
凝縮液の形成のリスクは、特に低圧排気ガス戻し部において重大である。低圧排気ガス戻し部では、高圧排気ガス戻し部内よりも低い温度まで、戻された排気ガスが恒常的に冷却されているためである。
【０００６】
そのような冷却器の好ましい適用形態は、そのためＥＧＲ冷却器であり、このＥＧＲ冷却器は、特に高い冷却効率のために低温冷却回路（ＬＴ冷却回路）、すなわち液体冷却回路、好ましくは従来のエンジン冷却回路に組み込まれ得る。そのような低温排気ガス戻し部冷却器は、特に実用車において、高圧領域または低圧領域において使用され、低温高圧排気ガス戻し部冷却器または低温低圧排気ガス戻し部冷却器において問題がある。
【０００７】
水蒸気とは別に、排気ガスは追加的にさまざまな不燃堆積物を含んでおり、それらは粒子の形態で存在する。特に、不燃堆積物は、すす、鉱物成分、セラミック粒子またはケイ酸塩を含み得る。
【０００８】
序文で言及されたタイプの冷却器は、また、建物において、特に室内空気の空調のために使用され得る。そのような冷却器のさらなる使用可能性は、例えば、電池の冷却、例えば電気自動車における電池の冷却、または燃料電池の給気と提携した電池の冷却がある。液体または凝縮液に加えて、ガスフローは、また、例えば塵、ケイ酸塩（例えば、砂）または有機材料のような固形物を含み得る。
【０００９】
本発明は、序文で言及されたタイプの冷却器、特に排気ガス戻し部冷却器として設計された冷却器の改善された実施形態または新規使用を示す問題に関する。そのような実施形態または新規使用は、凝縮液が形成される場合や、下流の構成要素の損傷のリスクが低減される場合に特徴付けられる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この問題は、独立請求項の対象である本発明によって解決される。有利な実施形態は、従属請求項の対象である。
【００１１】
本発明は、液体分離器を伴う冷却器を備えつけるという大まかなアイデアに基づいている。そのような液体分離器により、液体がガスフローから分離され得、それにより冷却器から出てくるガスフローは液体を全くまたは少量しか含まない。したがって、下流の構成要素の損傷のリスクが低減される。便宜的に、液体分離器は、ガス通路の流出側の冷却ブロックに設けられている。ここで、ガス通路内で蓄積する液体のできるだけ多くが液体分離器により集められることが保証されている。流出側の上流のガス通路に蓄積する液体は、ガスフローを通じて流出側の方向へ運ばれ、そして液体分離器に送られる。
【００１２】
有利な実施形態によると、液体分離器は、ガスフローが通って流れることができる管断面を有するガス管を有し得、管断面は、ガスフローが通って流れることができる分離構造体により大部分を塞がれている。分離構造体が完全にまたは少なくとも大幅に管断面を塞ぐので、ガスフローは分離構造体を通って流れるよう強制される。その後、一緒に運ばれる液体、および／または、固体の不純物は、分離構造体に付着してガスフローから分離され得る。
【００１３】
別の展開によると、捕集管が、重力方向において管断面と隣接し、捕集管は、ガス管と交差するように延び、捕集管は、ガス管に対して開いており、かつ少なくとも１つの分離構造体の滴下端が重力方向において捕集管に隣接するように設けられている。この方法により、分離された不純物は、分離構造体から特に簡易的に排出され得る。各々の滴下端は、好ましくは、ガス管の管断面の外側に設けられ、代わりに、捕集管の内側に設けられており、それにより分離された不純物の捕集管への滴下が改善される。
【００１４】
便宜的に、ドレン管は、分離された不純物を例えば水槽に排出するために、捕集管に接続されていてもよい。
【００１５】
いくつかの分離構造体がガス管において直列に設けられている実施形態は、特に有効である。ここで、個々の分離構造体は、全く同様に構成され得るか、または他に、異なる分離効果を伴って備えつけられ得る。便宜的に、隣接する分離構造体は、互いに間隔をおいて設けられている。
【００１６】
好ましくは、各々の分離構造体は、親水性の織物で形成されていてもよい。金属製の織物、例えば鋼または高級鋼材のものが好ましい。しかしながら、セラミックの織物もまた考えられる。
【００１７】
各々の分離構造体が管断面と交差するように延びる保持具に設けられたとき、単純化された構造体が作り出される。ここで、各々の分離構造体は、それ自体が比較的しなやかであってもよく、それにより、比較的低い流れ抵抗、および／または、高い分離効果を有する材料および構造体を使用することが可能となる。
【００１８】
加えて、液体分離器は、ガス管を含みかつ冷却ブロックに取り付けられたハウジングを有していてもよい。ここで、液体分離器は分離アセンブリを意味しており、それは、要求に応じ、特にシンプルな態様で冷却ブロックに取り付けられ得る。
【００１９】
有利な実施形態によると、ガス通路は、冷却ブロックにおいて複数の壁面を有しており、その上に液膜が形成し得る。そして、液体分離器は、便宜的に、ガス出口サイドにおいて壁面を有する冷却ブロックの表面に直接的に接続され、かつそこで液膜を排出する。この実施形態では、液体分離器は、主に、壁面に沿って流れる液膜を受容して排出するのに役立ち、ガスフローにおける液滴の形成が回避され得る。加えて、液体分離器は、また、すでにガスフローに運ばれている液滴を分離することができ、これは例えば冷却器内において既に形成し得る。
【００２０】
好都合な別の展開では、液体分離器は、ガス出口サイドにおいて冷却ブロックの表面に直接的に接触し、かつ液体分離器の捕集構造体に液膜を導くウェブを有していてもよい。これらのウェブにより、ガス出口サイドにおける冷却ブロックの表面上で重力によりこの表面に沿って流れ出ることができない液膜が、ウェブにぶつかって捕集構造体に向かってこれらのウェブのそばを通る。特に、その上に液膜が形成する壁面は、冷却ブロックにおいて個々のガス管を区画し、それらは特に重力方向において互いに隣接して設けられ得る。壁面上の液膜がそのようなガス管から出てくるとき、その下に横たわる次のガス管の方向に向かって重力により動く。そこでは、液滴が形成されかつガスフローにより運ばれ得る。そのように、次のガス管へ向かって流れ出ることがウェブにより防止され、それによりガスフローにおける液滴の形成も効果的に防止され得る。
【００２１】
さらに別の展開によると、液体分離器は、プレート本体を有していてもよく、このプレート本体は、ガスフローと交差するように広がり、冷却ブロックのガス側流出開口部と並んだ貫通開口部を有し、かつプレート本体からウェブが突出している。前述したガス管は、流出側に、冷却ブロックの上記流出開口部を有している。プレート本体の貫通開口部が冷却ブロックの流出開口部と軸方向に、すなわちガスフローの流れ方向において並ぶように、冷却ブロックの流出側に補足的な態様で構成されたプレート本体を通じて、比較的小さな通り抜け抵抗だけがプレート本体を通じて、ひいては液体分離器を通じて生み出される。加えて、液体分離器は、それにより、比較的シンプルな構造を有している。特に、プレート本体は、突出するウェブを伴う一つの部品から一体的に作り出され得る。
【００２２】
繊維構造体は、基本的に、液体を受容するために適当な所望の構造、特に親水性の構造を有していてもよい。好ましい別の展開によると、プレート本体は、しかしながら、親水性の繊維構造体を有していてもよく、この繊維構造体は、液膜を受容する。これにより、液膜はガスフローから素早く排出され得、それによりガスフローを経由する液滴のエントレインメントのリスクが低減される。
【００２３】
別の実施形態では、液体分離器は、排出ギャップを有していてもよく、この排出ギャップは、ガスフローの方向と交差する壁面のガス側流出端に直接的に隣接しており、液膜は、各々の壁面から各々の排出ギャップ内へ入ることができ、かつそこで排出され得る。ウェブが出口サイドにおけるガス管から流れ出る液膜を排出するという前述した実施形態とは対照的に、この実施形態では、排出ギャップにより、ガスフローを横切ってガスフローの領域から各々の液膜が流れ出ることができるようになっている。
【００２４】
ここで基本的に、各々の液膜は、重力のおかげで各々の排出ギャップに入り得る。特に有利な別の展開によると、しかしながら、毛細管力が液膜を排出ギャップに吸い上げそこでそれを排出するように、各々の排出ギャップの寸法が定められ得る。排出ギャップは、ガスフローの方向と交差するように延びていて、かつガスフローの方向に平行なので、毛細管力を利用するために比較的小さな寸法にされる。毛細管力は、追加的なエネルギーを消費する手段を必要とすることなく、特に効果的な液膜の吸い上げをもたらす。
【００２５】
別の展開では、液体分離器は、各々の排出ギャップに隣接し、および／または、各々の排出ギャップに設けられた繊維構造体を有していてもよい。繊維構造体は、基本的に、液体の受容および排出に適した任意の所望の構造、特に親水性の構造を有していてもよい。しかしながら、親水性の繊維構造体が好ましい。繊維構造体は、液膜を受容し、それを液体分離器内に渡すことができる。
【００２６】
さらに別の展開では、液体分離器は、プレート本体を有していてもよく、このプレート本体は、ガスフローと交差するように広がっている。プレート本体は、冷却ブロックのガス側流出開口部と並んだ貫通開口部を有していて、そこから突出してガス出口サイドにおける冷却ブロックの表面に直接的に隣接するウェブ構造体を有しており、排出ギャップは、ガス出口サイドにおける表面および冷却ブロックに面するプレート本体の内側面により区画されている。これにより、液体分離器のための非常にコンパクトな構造体が作り出される。加えて、冷却ブロックにおけるプレート本体の配設を通して液体分離器が完成されかつ実用可能となることは注目すべきである。
【００２７】
別の有利な実施形態では、液体分離器は、ガス出口サイドにおいて冷却ブロックの表面を完全に覆うように広がる繊維構造体を有していてもよく、この繊維構造体は、ガスフローが通って流れることができ、ガス通路から出てくる液体を受容して排出する。繊維構造体は、基本的に、液体の受容および排出に適した任意の所望の構造、特に親水性の構造を有していてもよい。好ましくは、しかしながら、それが親水性の繊維構造体であることである。この実施形態では、液体分離器は、非常にシンプルな構造を有しており、それは特に経済的な態様において実現され得る。
【００２８】
有利な別の展開によると、繊維構造体は、ガスフローの方向において冷却ブロックから離して設けられていてもよい。これにより、繊維構造体を冷却ブロック上に直接的に設けた場合よりも、繊維構造体を通って流れることができる量を実質的により多くすることが達成される。これにより、繊維構造体の流れ抵抗が大いに低減される。
【００２９】
ここで、繊維構造体は、単層または複層の織物またはニットであってもよい。それはセラミックまたは金属の繊維構造体であってもよい。樹脂の繊維構造体も同様に使用され得る。
【００３０】
別の有利な実施形態では、液体分離器は、分離された液体のための水槽と、分離された液体を蒸発させるための蒸発器とを有していてもよい。蒸発器により、水槽は再び空にされ得る。この実施形態では、冷却器における、特に低圧側の排気ガス戻し部冷却器としての用途における凝縮液の形成が許容されており、それは特定の周辺環境状態または動作状態の下においてのみ起こり、他の多くの周辺環境状態または動作状態の場合には凝縮は起きない。さらには、動作状態および周辺環境状態は、また、水の蒸発が可能なものであっても効果があり得る。水槽により、分離された凝縮液は、凝縮液が蓄積する局面に集められ得る。蒸発器により、凝縮液の蒸発が可能である局面において、水槽は再び空にされ得る。この方法により、周辺環境への凝縮液の完全な排出が施され得る。
【００３１】
水槽は、必要に応じて、水槽が満杯の場合であっても液体分離器の動作性能を担保できるようにするために、排水管が備えつけられていてもよい。加えてまたは代わりに、水槽は、バッフル板またはバッフル構造体が備えつけられていてもよい。特に自動車用途では、水槽内における運転動作の動力が液体を加速して、それにより水槽内で波が生じ、その波が水槽を溢れさせ得る。それにより、溜められた液体は排出構造体を介してガスフロー内に戻り得る。バッフル構造体は、波の形成を抑制し、それにより溢れもまた防止され得る。
【００３２】
別の有利な展開によると、蒸発器は、冷却ブロックの下流側のガスフローの温度に応じて温度制御されていてもよい。これにより、ガスフローの温度が水の蒸発温度よりも高いときにのみ蒸発が積極的に行われることが達成される。
【００３３】
単純なケースでは、蒸発器は、一種の芯であってもよい。毛細管力により、芯は、分離された水を水槽から芯の端部まで運び、この芯の端部はガスフローにさらされている。十分なガス温度により、液体の所望の蒸発が芯の端部で起こる。一方で、芯における高い毛細管力のために、液滴の分離は見込まれない。
【００３４】
別の実施形態では、蒸発器は、水槽から出てきた液体を蒸発動作、すなわち十分なガス温度を伴う蒸発動作の間にわたって蒸発面に送るポンプとともに動作してもよい。
【００３５】
水槽に加熱装置を設けることも可能であり、それにより水槽に溜められた液体が蒸発し得る。加熱装置は、例えば、電気的に動作するものであってもよい。例えば、冷却ブロックから水槽の基部へ熱を移動させるために、水槽の基部を冷却ブロックと結合させる少なくとも１つのいわゆる熱パイプにより加熱装置を実現することも可能である。
【００３６】
さらに、蒸発器は、例えば、エジェクターポンプとともに動作するものであってもよく、そのエジェクターポンプのベンチュリノズル内のガスフローは、水槽から出てくる液体を取り出すための真空状態を作る。
【００３７】
加えてまたは代わりに、蒸発器は、ガスフローへの液体の供給を能動的に制御するために、対応するバルブを有していてもよい。
【００３８】
別の有利な実施形態では、蒸発器は、分離された液体を蒸発のために繊維構造体に送ってもよく、この繊維構造体は、分離局面の間にわたって、ガスフローから液体を受容し、または冷却ブロックから液膜を受容するように機能する。
【００３９】
本発明に係る上述したタイプの冷却器の使用は、排気ガス戻しシステムにおいて、戻された排気ガスの冷却のために実施される。したがって、本発明は、また、排気ガス戻し部冷却器およびそのような排気ガス戻し部冷却器を有する排気ガス戻しシステムに関する。最後に、本発明は、追加的に、そのような排気ガス戻しシステムを備えた内燃エンジンに関する。好ましくは、排気ガス戻し部冷却器は、ターボチャージャ付きの内燃エンジンの低圧排気ガス戻し部において使用される。
【００４０】
本発明のさらなる重要な特徴および利点は、従属請求項、図面、および図面を活用した関連する図面の説明から明らかになるだろう。
【００４１】
上述した特徴および以下でさらに説明される特徴は、それぞれに示された組合せにおいてのみ使用され得るのではなく、本発明の範囲を外れることなく、他の組合せにおいてまたは単独で使用され得ることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、内燃エンジンの回路図を単純化して示す概略図である。
【図２】図２は、液体分離器の領域における冷却器の概略を示す縦断面図である。
【図３】図３は、図２の細部ＩＩＩに係る液体分離器の軸方向図である。
【図４】図４は、液体分離器のプレート本体の等角図である。
【図５】図５は、図２と同様の断面図であって、別の実施形態に係るものである。
【図６】図６は、図２および図５と同様の断面図であって、別の実施形態に係るものである。
【図７】図７は、図６と同様の断面図であって、別の実施形態に係るものである。
【図８】図８は、別の実施形態に係る液体分離器の軸方向図であって、分離構造を省略したものである。
【図９】図９は、図８のＩＸ線における液体分離器の断面図であって、分離構造を伴うものである。
【図１０】図１０は、図８および図９の液体分離器の拡大断面図であって、図９のＸ線の断面に係る分離構造を伴うものである。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。同じ参照番号は、同一の、あるいは似ている、または機能的に同一の構成要素を示すものである。
【００４４】
図１に示すように、内燃エンジン１は、いくつかの燃焼室３を伴うエンジンブロック２と、燃焼室３に外気を送るための外気システム４と、燃焼室３から排気ガスを排出するための排気ガスシステム５と、排気ガスシステム５から外気システム４へ排気ガスを戻すための排気ガス再循環システム６とを備えている。外気システム４は、外気フィルタ７と、排気ガスターボチャージャ９の圧縮機８と、給気冷却器１０と、例えば絞りバルブを構成する絞り装置１１とを有している。
【００４５】
給気冷却器１０は、冷却回路１２に接続されている。排気ガスシステム５は、排気ガスターボチャージャ９のタービン１３を有しており、このタービンは駆動軸１４を介して圧縮機８と接続されている。加えて、排気ガスシステム５は、触媒コンバータ１５と、例えばセンサ弁を構成する絞り装置１６とを有している。
【００４６】
排気ガス再循環システム６は、排気ガス戻しバルブ１７と、排気ガス戻し冷却器１８とを有しており、この排気ガス戻し冷却器は冷却回路１９に接続されている。排気ガス再循環システム６の抽出ポイント２０は、排気ガスシステム５のタービン１３の下流側に設けられている。排気ガス再循環システム６の導入ポイント２１は、外気システム４の圧縮機８の上流側に設けられている。したがって、ここでは低圧の排気ガス再循環が関係している。
【００４７】
給気冷却器１０の冷却回路１２、および／または、排気ガス戻し冷却器１８の冷却回路１９は、エンジン冷却回路２２と連結され得る。さらに、これらはそれぞれに分離した冷却回路であってもよい。
【００４８】
排気ガス戻し冷却器１８は、以下で概して「冷却器１８」としても表現されるが、図１〜図６に示すように、冷却ブロック２３と、ガスフロー２５から液体を分離するための液体分離器２４とを有しており、ガスフローは、冷却ブロック２３を通って流れる。液体分離器２４は、冷却ブロック２３のガス側出口サイド２６に設けられている。
【００４９】
冷却ブロック２３は、ガスフロー２５が通って流れ得るガス通路２７を有しており、このガス通路は、図２、図５、図６および図７において矢印で示されている。さらに、冷却ブロック２３は、図１に示すように、冷却液通路２８を有しており、この冷却液通路は、好ましくは液体冷却剤が通って流れ得る。冷却液通路２８およびガス通路２７は、互いに熱的に結合されているが、媒体は分離されている。したがって、冷却液通路は、ガス通路から熱を取り出すことができる。
【００５０】
図２〜図６に示すように、冷却ブロック２３内のガス通路２７は、いくつかのガス管２９を有していてもよく、これらのガス管は壁面３０により横方向に区画されている。対応する周辺状態を伴う冷却器１８の作動においては、これらの壁面３０上に、ガスフロー２５に一緒に運ばれてくる水蒸気の凝縮を通して、液膜３１が形成し得る。この壁面３０上の付着物は、その後、ガスフロー２５に追いやられて、ガス管２９から出ていく液膜３１を形成する。
【００５１】
図２〜図４および図５に示すように、液体分離器２４は、ガス出口サイドにおいて冷却ブロック２３の表面３２に直接的に接続されている。ここで、当該ガス出口サイドは、ガス通路２７の出口サイド２６と一致している。したがって、液体分離器２４は、液膜３１を排出することができる。
【００５２】
図２〜図４に示す実施形態によると、液体分離器２４は、ウェブ３３を有していてもよく、これらのウェブは、ガス出口サイドにおいて冷却ブロック２３の表面３２に直接的に接触している。ウェブ３３は、ガス管２９から出てくる液膜３１を、液体分離器２４の捕集構造体３４へ案内する。したがって、図３に示すように、蓄積した液体は、まず、ガスフローの方向３５に交差するようにウェブ３３に沿って横方向にそらされ、そして、捕集構造体３４に沿って、例えば下方へ排出される。
【００５３】
図４に示すように、液体分離器２４は、プレート本体３６を有していてもよく、このプレート本体は、ガスフローの方向３５と交差するように広がっている。プレート本体３６は、いくつかの貫通開口部を有しており、これらの貫通開口部は、ガス側における冷却ブロック２３の流出開口部３８に対して、数、配置および寸法に関して相補的な態様で構成されている。したがって、貫通開口部３７は、ガスフローの方向３５に関して流出開口部３８と軸方向に並べて設けられている。プレート本体３６は、親水性構造体３９を有していてもよく、この親水性構造体は、図４では単なる例示として、プレート本体３６の右側端部に示されている。冷却ブロック２３に面するプレート本体３６の内面４０の全体にそのような繊維構造体３９が設けられ得ることは基本的に明らかである。繊維構造体３９は、液膜３１を受容できるように構成されている。
【００５４】
別の実施形態に係る液体分離器２４が図５に示されており、排出ギャップ４１が構成されている。これらの排出ギャップは、ガスフローの方向３５に交差するように広がっており、かつ壁面３０のガス側流出端４２に直接的に隣接している。したがって、各々の液膜３１は、各々の壁面３０から各々の排出ギャップ４１に入り得、そのような排出ギャップ４１に入る各々の液膜３１は、排出ギャップ４１において排出される。便宜的に、ギャップ幅４３は、毛細管力が生じるように必要な大きさにされる。毛細管力は、液膜３１を排出ギャップ４１へと引き寄せ、排出ギャップ４１における液体の排出を生じさせる。例えば、図５に示すように、液膜３１で運ばれた液体は、毛細管力により排出ギャップ４１へと引き寄せられそこで排出されるまで、壁面３０の各々の流出端４２において各々の排出ギャップ４１の流入領域４４に集まり得る。
【００５５】
また、この実施形態では、液体分離器２４は、親水性の繊維構造体４５を有していてもよく、この繊維構造体は、図５に例示するように、各々の排出ギャップ４１内に設けられていてもよい。また、各々の排出ギャップ４１が、そのような繊維構造体４５までその毛管作用で導くことも可能である。
【００５６】
便宜的に、液体分離器２４は、また、この実施形態では、プレート本体４６を有していてもよく、このプレート本体は、ガスフロー２５と交差するように広がっている。プレート本体は、冷却ブロック２３のガス側流出開口部３８と並んだ貫通開口部４７を有していて、プレート本体４６から突出したウェブ構造体４８を有している。ウェブ構造体４８は、いくつかのウェブ４９を有しており、これらのウェブは、それぞれ、ガス出口サイドにおいて冷却ブロック２３の表面３２に直接的に接している。このように、排出ギャップ４１は、一方でガス出口サイドの表面３２により区画され、他方で冷却ブロック２３に面するプレート本体４６の内側面５０により区画されている。
【００５７】
図６および図７に示すように、液体分離器２４は、また、親水性の繊維構造体５１により形成されていてもよく、この繊維構造体は、出口サイドにおいて冷却ブロック２３の表面３２を完全に覆うように広がっている。繊維構造体５１は、ガスフロー２５が通って流れることができ、ガス通路２７から出てきた液体を受容して排出することができるように構成されている。図６および図７に示す特定の実施形態では、繊維構造体５１は、ガスフローの方向３５において、出口サイドで冷却ブロック２３の表面３２から離して設けられている。これにより、繊維構造体５１の表面全体が、繊維構造体５１の流れ抵抗が低減されていることにより、ガスフロー２５の接近する流れおよび貫通する流れに有効である。繊維構造体５１は、セラミックまたは金属製の縦編みの織物やニットであってもよい。繊維構造体５１は、単層または複層であってもよい。図６および図７の例では、３層の繊維構造体５１が示されている。繊維構造体５１の個々の層が互いに所定の距離、すなわちガスフロー２５からの液滴の受容および排出に特に適した距離を維持している実施形態は、複層の繊維構造体５１の場合に特に有利である。
【００５８】
図７に示す実施形態では、液体分離器２４は、図６に示す実施形態に加えて、水槽５２が備えつけられており、この水槽は分離された液体を溜めることができる。したがって各々の液体分離器２４は、分離した液体をこの水槽５２に送るように構成され得る。そのような水槽５２は、ここに示す全ての実施形態において実現され得る。
【００５９】
さらに、図７には蒸発器５３が示されており、それにより分離された液体は水槽５２から蒸発し得る。凝縮水が蓄積している動作段階では、この凝縮水は水槽５２に溜められ得る。液体が蒸発し得る動作段階では、水槽５２は、蒸発器５３により再び空にされ得る。図７の例では、水槽５２は、排水管５４を有しており、この排水管は適当なバルブ５５により制御され得る。加えて、図７の例では、水槽５２内にバッフル構造体５６が例えば格子の形態で設けられており、このバッフル構造体により、内燃エンジンが備えつけられた自動車の動作中に水槽５２内で生じた波が溜まった液体を溢れさせることが防止される。
【００６０】
蒸発器５３は、便宜的に、温度制御されており、すなわち冷却ブロック２３の下流側のガスフロー２５の温度と相関関係にある。特に単純なケースでは、蒸発器５３は、図７に示すように、ガスフロー２５にさらされた領域まで液体を運ぶ芯を有していてもよい。熱パイプ５７は、また、水槽５２から液体を蒸発させるために、水槽５２と冷却ブロック２３との間に設けられていてもよい。
【００６１】
蒸発器５３は、便宜的に、分離した液体を蒸発のために再び繊維構造体５１へ送るように構成されていてもよい。このことは、図７に示すように、蒸発器５３が液体をガスフロー２５の領域へ運んでそこで液滴が分離するように起こり得、その液滴は繊維構造体５１で集められて蒸発する。図７では、繊維構造体５１の下流側に、ガスフロー２５が水蒸気を含んでいる領域が示されている。
【００６２】
図８〜図１０に示すように、液体分離器２４は、そのハウジング５８内にガス管５９を有していてもよく、このガス管は、ガスフロー２５が通って流れ得る管断面６０を有している。管断面６０は、大部分を、好ましくは完全に、少なくとも１つの分離構造体６１，６２により塞がれている。分離構造体は、ガスフロー２５が通って流れることができる。例では、２つのそのような分離構造体６１，６２が図９に示されており、それらはガスフロー２５の流れ方向において一方が他方の後ろに設けられている。すなわち、２つの分離構造体は、ガスフロー２５の流れ方向において互いに離間するように直列に設けられている。基本的に、１つの分離構造体６１，６２も十分であり得るし、さらに、また、２つよりも多くの分離構造体６１，６２が設けられてもよい。
【００６３】
各々の分離構造体６１，６２は、ガスフロー２５に対しては透過性であるが、一緒に運ばれてきた粒子に対して、特に一緒に運ばれてきた液滴に対しては障害を形成する。障害上では、粒子または各々の液滴がそれ自体で付着し、それによりそれらはガスフロー２５から分離される。例えば、各々の分離構造体６１，６２は、例えば金属網のような親水性材料の織物、特に鋼の織物、好ましくは高級鋼材の織物である。
【００６４】
図９および図１０に示すように、液体分離器２４は、そのハウジング５８内に捕集管６３を有しており、この捕集管は、矢印で示す重力方向６４において管断面６０に近接している。捕集管６３は、各々の分離構造体６１，６２によって分離された液体を捕集し、それを排出管６５に送る。排出管６５は、水槽５２に通じていてもよく、この水槽については図７の実施形態を参照して説明した。捕集管６３は、ガス管５９と交差するように延びていて、ガス管５９に対して重力方向６４と反対向きに開いている。加えて、捕集管６３は、各々の分離構造体６１，６２の滴下端６６が重力方向６４においてそれに隣接するように配置されている。したがって、各々の分離構造体６１，６２により受容された液体は、重力に従って分離構造体６１，６２内を滴下端６６の方へ流れ去り、そこから捕集管６３内へ滴下する。ここで、各々の滴下端６６が、ガスフロー２５が通って流れかつ捕集管６３に入っているガス管５９の管断面６０の外側に設けられている場合、有利である。そして、液体は、ガスフロー２５により妨げられずに捕集管６３に滴下し得る。加えて、捕集管６３は、排出管６５の方へ向かって重力方向６４において狭まるように構成されている。
【００６５】
各々の分離構造体６１，６２のために、保持具６７または保持具６８がそれぞれ設けられており、その上に各々の分離構造体６１，６２が設けられまたはそれぞれ固定されている。各々の保持具６７，６８は、管断面６０と交差するように延びていて、例えば、小さな流れ抵抗しか生じない十字形のウェブにより形成されている。
【００６６】
図８および図１０に示すように、ハウジング５８は、孔６９を有しており、これにより液体分離器２４は、例えば対応するねじ結合により、冷却ブロック２３に取り付けられ得る。
【００６７】
図９に示すように、ハウジング５８は、２つのハウジング半部７０，７１を有しており、これらの間に各々の保持具６７，６８、および／または、各々の分離構造体６１，６２が、ハウジング５８への固定のために固定され得る。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成26年12月19日(2014.12.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
好ましくは自動車の特に内燃エンジン（１）のための、ガスフロー（２５）を冷却するための冷却器であって、
上記ガスフロー（２５）が通って流れ得るガス通路（２７）と、冷却液が通って流れ得る冷却液通路（２８）とを有し、上記ガス通路と上記冷却液通路とが媒体を分離した態様で互いに熱的に結合されている冷却ブロック（２３）と、
上記冷却ブロック（２３）の上記ガス通路（２７）の出口サイド（２６）に設けられ、上記ガスフロー（２５）から液体を分離するための液体分離器（２４）とを備え、
上記液体分離器（２４）は、分離された液体のための水槽（５２）と、上記分離された液体を蒸発させるための蒸発器（５３）とを有している
ことを特徴とする冷却器。
【請求項２】
請求項１において、
上記液体分離器（２４）は、上記ガスフロー（２５）が通って流れ得る管断面（６０）を有するガス管（５９）を有し、上記ガス管は、上記ガスフロー（２５）が通って流れ得る少なくとも１つの分離構造体（６１，６２）により大部分が塞がれている
ことを特徴とする冷却器。
【請求項３】
請求項２において、
重力方向（６４）において上記管断面（６０）に隣接する捕集管（６３）を備え、上記捕集管は、上記ガス管（５９）と交差するように延びて、上記ガス管（５９）に対して開き、少なくとも１つの上記分離構造体（６１，６２）の滴下端（６６）が重力方向（６４）において隣接するように配置されている
ことを特徴とする冷却器。
【請求項４】
請求項２または３において、
上記捕集管（６３）に排出管（６５）が接続されている
ことを特徴とする冷却器。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項において、
複数の上記分離構造体（６１，６２）は、上記ガス管（５９）において直列に配置されている
ことを特徴とする冷却器。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか１項において、
各々の上記分離構造体（６１，６２）は、親水性の生地により形成されている
ことを特徴とする冷却器。
【請求項７】
請求項２〜６のいずれか１項において、
各々の上記分離構造体（６１，６２）は、上記管断面（６０）と交差するように延びる保持具（６７，６８）に設けられている
ことを特徴とする冷却器。
【請求項８】
請求項２〜７のいずれか１項において、
上記液体分離器（２４）は、上記ガス管（５９）を含みかつ上記冷却ブロック（２３）に取り付けられたハウジング（５８）を有している
ことを特徴とする冷却器。
【請求項９】
請求項１において、
上記ガス通路（２７）は、上記冷却ブロック（２３）において、液膜（３１）が形成可能ないくつかの壁面（３０）を有し、
上記液体分離器（２４）は、ガス出口サイドにおいて上記冷却ブロック（２３）の表面（３２）に直接的に接触しかつ上記液膜（３１）を排出する
ことを特徴とする冷却器。
【請求項１０】
請求項９において、
上記液体分離器（２４）は、上記ガス出口サイドにおいて上記冷却ブロック（２３）の上記表面（３２）に直接的に接触しかつ上記液膜（３１）を上記液体分離器（２４）の捕集構造体（３４）へ案内するウェブ（３３）を有している
ことを特徴とする冷却器。
【請求項１１】
請求項１０において、
上記液体分離器（２４）は、上記ガスフローの方向（３５）と交差するように広がりかつ上記冷却ブロック（２３）のガス側流出開口部（３８）と並んだ貫通開口部（３７）を有し、上記ウェブ（３３）が突出するプレート本体（３６）を有している
ことを特徴とする冷却器。
【請求項１２】
請求項１１において、
上記プレート本体（３６）は、上記液膜（３１）を受容する親水性の繊維構造体（３９）を有している
ことを特徴とする冷却器。
【請求項１３】
請求項９において、
上記液体分離器（２４）は、上記ガスフローの方向（３５）と交差する上記壁面（３０）のガス側流出端（４２）に直接的に隣接する排出ギャップ（４１）を有し、
上記液膜（３１）は、各々の上記壁面（３０）から各々の上記排出ギャップ（４１）に入ることができかつ上記排出ギャップにおいて排出され得るように構成されている
ことを特徴とする冷却器。
【請求項１４】
請求項１３において、
各々の上記排出ギャップ（４１）は、毛細管力が上記液膜（３１）を上記排出ギャップ（４１）内へ引き寄せて上記排出ギャップにおいて排出するように寸法が規定されている
ことを特徴とする冷却器。
【請求項１５】
請求項１３または１４において、
上記液体分離器（２４）は、各々の上記排出ギャップ（４１）に隣接し、および／または、各々の上記排出ギャップ（４１）内に設けられた親水性の繊維構造体（４５）を有している
ことを特徴とする冷却器。
【請求項１６】
請求項１３〜１５のいずれか１項において、
上記液体分離器（２４）は、上記ガスフロー（２５）と交差するように広がりかつ上記冷却ブロック（２３）のガス側流出開口部（３８）と並んだ貫通開口部（４７）および突出したウェブ構造体（４８）を有するプレート本体（４６）を有し、
上記ウェブ構造体は、上記ガス出口サイドにおいて上記冷却ブロック（２３）の上記表面（３２）に直接的に接し、
上記排出ギャップ（４１）は、上記ガス出口サイドにおける上記表面（３２）および上記冷却ブロック（２３）に面する上記プレート本体（４６）の内側面（５０）により区画されている
ことを特徴とする冷却器。
【請求項１７】
請求項１において、
上記液体分離器（２４）は、ガス出口サイドにおいて上記冷却ブロック（２３）の表面（３２）を完全に覆うように広がり、上記ガスフロー（２５）が通って流れることができ、上記ガス通路（２７）から出てきた液体を受容して排出する親水性の繊維構造体（５１）を有している
ことを特徴とする冷却器。
【請求項１８】
請求項１７において、
上記繊維構造体（５１）は、上記ガスフローの方向（３５）において、上記冷却ブロック（２３）から離して設けられている
ことを特徴とする冷却器。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか１項において、
上記蒸発器（５３）は、上記冷却ブロック（２３）の下流側の上記ガスフロー（２５）の温度に応じて温度制御されている
ことを特徴とする冷却器。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれか１項において、
上記蒸発器（５３）は、分離された液体を蒸発のために上記繊維構造体（５１）に送る
ことを特徴とする冷却器。
【請求項２１】
戻された排気ガスの冷却のために請求項１〜２０のいずれか１項に記載の冷却器（１８）を使用する排気ガス戻しシステム（６）。
【国際調査報告】
2016510868.tif 000013
2016510868.tif 000014
2016510868.tif 000015
2016510868.tif 000016