EP2494297A2 - Exhaust gas evaporator - Google Patents

Exhaust gas evaporator

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Publication number
EP2494297A2
EP2494297A2 EP10770804A EP10770804A EP2494297A2 EP 2494297 A2 EP2494297 A2 EP 2494297A2 EP 10770804 A EP10770804 A EP 10770804A EP 10770804 A EP10770804 A EP 10770804A EP 2494297 A2 EP2494297 A2 EP 2494297A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flow channel
evaporator
plate
exhaust gas
flow
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10770804A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Steffen Brunner
Peter Geskes
Jens Holdenried
Klaus Irmler
Michael Schmidt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
Publication of EP2494297A2 publication Critical patent/EP2494297A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

The invention relates to an evaporator, in particular an exhaust gas evaporator (5) for an exhaust gas system (3) of a motor vehicle (1), having a plate sandwich structure having a plurality of fluid-guiding plate elements (15) stacked on top of one another for guiding a first fluid, wherein at least one rib (18), in particular a corrugated rib, is disposed between two plate elements for guiding a second fluid, wherein a plate element comprises at least one cover element (11) covering a flow channel and a flow channel plate unit (12), wherein the flow channel plate unit comprises at least one flow channel plate (12a, 12b) having flow channels (17) in order to guide the first fluid from an inlet (13) to an outlet (14).

Description

Abgasverdampfer  exhaust gas evaporator
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Verdampfer, Insbesondere einen Abgasverdampfer für eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges. Eine Wärmeenergierückgewinnung aus Abgasen einer Brennkraftmaschine erlangt auch im Bereich des Kraftfahrzeugwesens eine stetig steigende Bedeutung. Insbesondere rückt hierbei die Wärmeenergierückgewinnung mittels Abgasverdampfer immer weiter in den Fokus, um hierbei eine Effizienzsteigerung hinsichtlich des Betriebs der Brennkraftmaschine zu erzielen. In einem Abgasverdampfer wird dem Abgas Wärme entzogen, die einem Kühl- oder Kältemittel zugeführt wird, welches dabei üblicherweise verdampft wird. Die dem Abgas entzogene Wärmeenergie kann etwa für einen nachgeschalteten Clau8iu8-Rankine-Prozess verwendet werden. The present invention relates to an evaporator, in particular an exhaust gas evaporator for an exhaust system of a motor vehicle. A heat energy recovery from exhaust gases of an internal combustion engine attained a steadily increasing importance in the field of automotive engineering. In particular, in this case, the heat energy recovery by means of exhaust gas evaporator always moves into focus, in order to achieve an increase in efficiency in terms of the operation of the internal combustion engine. In an exhaust gas evaporator heat is removed from the exhaust gas, which is supplied to a coolant or refrigerant, which is usually evaporated. The heat energy extracted from the exhaust gas can be used for a downstream Clau8iu8 Rankine process, for example.
Beispielsweise offenbart die DE 10 2007 060 523 A1 der Anmelderin einen Abgasverdampfer, wobei der Abgasverdampfer eine Sandwichbauweise aufwelst, bei welcher Abgasebenen und Kühlmittelebenen abwechselnd unmitt elbar nebeneinander angeordnet sind. Es ist Aufgabe der Erfindung einen hinsichtlich seiner Druckstabilität verbes- serten Verdampfer bereitzustellen, der zusätzlich noch einfach und kostengünstig herzustellen ist. For example, DE 10 2007 060 523 A1 of the applicant discloses an exhaust gas evaporator, wherein the exhaust gas evaporator has a sandwich construction aufwelst, in which exhaust gas levels and coolant levels are arranged alternately unmitt elbar side by side. It is the object of the invention to provide an improved evaporator with regard to its pressure stability, which is additionally easy and inexpensive to produce.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Verdampfer mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteran- sprüche. This object is achieved by an evaporator with the features of claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the subclaims.
Gemäß eines Grundgedankens der Erfindung weist der Verdampfer, der insbesondere für den Einsatz als Abgasverdampfer für eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges geeignet ist, eine Platten^andwtehstruktur mit mehre- ren aufeinandergestapelten fluidführenden Plattenelementen zum Führen eines ersten Fluids auf, wobei zwischen zwei Plattenelementen zumindest eine Rippe, insbesondere Stegrippe oder Wellrippe, zum Führen eines zweiten Fluids angeordnet ist, wobei ein Plattenelement mindestens eine strö- mungskanalabdeckende Abdeckplatte und eine Strömungskanalplattenetn- heit umfasst, wobei die Strömungskanalpfatteneinhett zumindest eine mit Strömungskanälen versehenen Strömungskanalplatte aufweist, um das erste Fluid von einem Einläse zu einem Auslass zu führen. According to a basic concept of the invention, the evaporator, which is suitable in particular for use as an exhaust gas evaporator for an exhaust system of a motor vehicle, has a plate structure with a plurality of stacked fluid-carrying plate elements for guiding a first fluid, wherein between two plate elements at least one rib, in particular a ribbed rib or corrugated fin, for guiding a second fluid, wherein a plate element comprises at least one flow channel covering cover plate and a Strömungskanalplatteetn- unit, wherein the Strömungskanalpfatteneinhett has at least one flow channel plate provided with flow channel plate to the first fluid from an inlet to an outlet respectively.
Durch die Darstellung des Verdampfers In einer Platten-Sandwichstruktur erhält dieser eine besonders hohe Druckstabilität und kann somit den Arbeitsdrücken von bis zu 100 bar, die beispielsweise In einem Clauslus- Rankine-Prozess auftreten, in ausreichendem Maße standhalten. Through the representation of the evaporator In a sandwich plate structure this receives a particularly high pressure stability and thus can withstand the working pressures of up to 100 bar, which occur, for example, in a Clauslus Rankine process, to a sufficient extent.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Strömung skanalplatterv elnheit genau eine Strömungskanalplatte, wobei die Strömungskanalplatte durch eine strömungskanalabdeckende Abdeckplatte verschlossen wird. Ei- ne derartige Ausführungsform stellt die einfachste und kostengünstigste Ausführungsform einer Strömungskanalplatteneinhelt dar. In a preferred embodiment, the flow skanalplatterv elnheit exactly one flow channel plate, wherein the flow channel plate is closed by a flow channel covering cover plate. Egg- Such an embodiment represents the simplest and least expensive embodiment of a flow channel plate unit.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform Ist ein weiteres Abdeckele- ment vorgesehen, das zwischen der genau einen Strömungskanalplatte und der zumindest einen Rippe angeordnet ist, so dass die Strömungskanalplatte zwischen den beiden Abdeckplatten angeordnet Ist. Mit anderen Worten: Zwischen zwei Rippen sind die Plattenelemente in der Reihenfolge Abdeckplatte - Strömungskanalplatte - Abdeckplatte angeordnet, so dass die beiden Abdeckplatten eine gute Anlagefläche beziehungsweise einen ebenen Anschluss an die Rippe darstellen. In a further preferred embodiment, another cover element is provided, which is arranged between the exactly one flow channel plate and the at least one rib, so that the flow channel plate is arranged between the two cover plates. In other words, between two ribs, the plate elements are arranged in the order cover plate - flow channel plate - cover plate, so that the two cover plates represent a good contact surface or a flat connection to the rib.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Strömungska- nalplatteneinheit genau zwei Strömungskanalplatten, die zwischen zwei Abdeckplatten angeordnet sind. Durch die stoffschlüssige Verbindung der beiden Kanalplatten wird eine Kanalstruktur bereitgestellt, die eine erhöhte Druckfestigkeit aufweist. Bevorzugt werden hierbei die Strömungskanäle der Strömungskanalplatten durch einen Prägeprozess oder einen Tiefziehprozess bereitgestellt. Derartige Verfahren sind kostengünstig und zudem lassen sich durch diese Verfahren unterschiedliche Kanalstrukturen In die Strömungskanalplatten einbringen. Beispielswelse Ist eine mäanderförmige Kanaistruktur denkbar, in der das erste Fluid, beispielsweise Wasser oder ein Alkoholgemlsch eines Clausius-Ranklne-Krelslaufes von einem Einlass zu einem Auslass geführt wird. In a further preferred embodiment, the flow channel plate unit comprises exactly two flow channel plates, which are arranged between two cover plates. The cohesive connection of the two channel plates, a channel structure is provided which has an increased pressure resistance. In this case, the flow channels of the flow channel plates are preferably provided by an embossing process or a deep-drawing process. Such methods are cost-effective and, in addition, different channel structures can be introduced into the flow channel plates by these methods. An example of a meander-shaped channel structure is conceivable in which the first fluid, for example water or an alcohol mixture of a Clausius-Rankl-Krelslaufes is led from an inlet to an outlet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Strömungskanäle durch parallele Slcken gebildet, die durch Durchbrüche miteinander verbunden sind. Durch eine derartige Ausführungsform wird eine besonders einfach herzustellende Strömungskanalplatte bereitgestellt, wobei je nach Anwendungsfall die, insbesondere eingestanzten Durchbruche, an beliebiger Stelle eingebracht werden können. In einer weiteren Ausführungsform sind die Strömungskanäle der Strömungskanalplatten als Durchbrüche ausgebildet, wobei sich die Durchbrüche der beiden Strömungskanalplatten zur Bildung eines oder mehrerer Strömungskanäle überl appen. Bevorzugt ist hierbei die Breite der überlappenden Durchbrüche unterschiedlich ausgebildet, so dass eventuelle Grate an den Rändern der Durchbruche die fluidische Verbindung der Strömungskanäle untereinander nicht behindern. In a further preferred embodiment, the flow channels are formed by parallel slits, which are connected to one another by openings. By such an embodiment, a particularly simple provided flow channel plate provided, which, depending on the application, in particular punched breakthroughs can be introduced at any point. In a further embodiment, the flow channels of the flow channel plates are formed as openings, wherein the openings of the two flow channel plates Appen appen to form one or more flow channels. Preferably, in this case, the width of the overlapping apertures is formed differently, so that any burrs at the edges of the apertures do not hinder the fluidic connection of the flow channels with each other.
Bevorzugt werden hierbei die Durchbrüche durch einen Stanzprozess, durch Laserschneiden oder Wasserstrahlschneiden bereitgestellt. In this case, the openings are preferably provided by a stamping process, by laser cutting or water jet cutting.
In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform sind der Einläse und/oder der Ausläse in einem mittleren Bereich des Verdampfers angeordnet. Durch eine derartige Ausführungsform wird erreicht, dass eine thermische Ausdehnung, insbesondere in einer Längsrichtung des Verdampfers, nicht behindert wird. Unter einem .mittleren Bereich" wird erfindungsgemäß ein Bereich verstanden, der sich von der geometrische Mitte des Verdampfers In beide Längsrichtungen 0 bis 20 Prozent, bevorzugt 0 bis 10 Prozent der gesamten Länge des Verdampfers erstreckt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind der Einläse und/oder der Auslaes seitlich am Verdampfer angeordnet, um die Strömung des zweiten Fluids, Insbesondere eines Abgases eines Kraftfahrzeuges, nicht zu behindern. Die im Wesentlichen rechteckig ausgeführten Plattenelemente weisen hierzu auf beiden Längsseiten Vorsprünge mit Durchbrechungen auf. Durch das Stapeln der einzelnen Piattenelemente werden einerseits ein Ein- lass mit einem Einlasssammelkanal und ein entsprechender Auslass mit einem Auslasssammelkanal gebildet. In a further preferred embodiment, the inlet and / or the outlet are arranged in a central region of the evaporator. Such an embodiment ensures that thermal expansion, in particular in a longitudinal direction of the evaporator, is not hindered. According to the invention, a "middle region" is understood to mean a region which extends from the geometric center of the evaporator in both longitudinal directions from 0 to 20 percent, preferably 0 to 10 percent of the total length of the evaporator. or the outlet is arranged laterally on the evaporator so as not to obstruct the flow of the second fluid, in particular of an exhaust gas of a motor vehicle One- Let with an inlet collection channel and a corresponding outlet formed with an outlet collection channel.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist zumindest eine, be- vorzugt jede Strömungskanalplattenelnheit ein Element auf, das ausgebildet ist, um einen erhöhten Druckverlust zu erzeugen. Das Element Ist hierbei bevorzugt als Düse, Blende oder als Labyrinth ausgebildet. Durch eine derartige Ausführungsform wird erreicht, dass durch gezieltes Einbringen eines „Vordruckverlustes" der Druckverlustunterschled zwischen den einzelnen Strömungskanälen von verschiedenen Strömungskanalplattenelnhelten prozentual gesehen niedriger ist. Dies sorgt für eine gleichmäßige Mediumverteilung des ersten Fluids auf die jeweiligen Strömungskanalplat- tenelnheiten. Bevorzugt wird ein derartiger Verdampfer als Abgasverdampfer in einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges eingesetzt, wobei ein derartiger Abgasverdampfer an einen Clausius-Rankine-Kreislauf thermisch koppelbar Ist. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. In another preferred embodiment, at least one, preferably each, flow channel plate comprises an element configured to produce an increased pressure loss. The element here is preferably designed as a nozzle, aperture or as a labyrinth. By means of such an embodiment it is achieved that the pressure loss difference between the individual flow channels of different flow channel plate halves is lower in percentage terms by targeted introduction of a "pre-pressure loss." This ensures a uniform medium distribution of the first fluid to the respective flow channel plate layers Such an exhaust gas evaporator can be thermally coupled to a Rankine cycle C. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below not only in the respectively indicated combination but also in FIG other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.
Weitere wichtige Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Ansprüchen und den Zeichnungen. Further important features of the present invention will become apparent from the following detailed description taken in conjunction with the claims and the drawings.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbelsplele eines erfindungsgemäßen Verdampfers beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Hereinafter, preferred Ausführungsbelsplele an evaporator according to the invention are described and explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it:
Flg. 1; schematisch eine Ansicht eines Kraftfahrzeuges mit einer Brennkraftmaschine und einer Abgasanlage mit einem Abgasverdampfer; Flg. 1; schematically a view of a motor vehicle with an internal combustion engine and an exhaust system with an exhaust gas evaporator;
Fig. 2a bis Fig. 2d; schematisch eine Ansicht verschiedener Strömungska- nalplatten Fig. 2a to Fig. 2d; schematically a view of different flow channel plates
Fig. 3; schematisch eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Abgasverdampfers; Fig. 4 bis Fig. 6; schematisch eine Ansicht von drei weiteren Ausfuhrungsbeispielen einer erfindungsgemäßen Strömungskanalplatte; Fig. 3; schematically a view of an exhaust gas evaporator according to the invention; Fig. 4 to Fig. 6; schematically a view of three further exemplary embodiments of a flow channel plate according to the invention;
Fig. 7 und Flg. 8; schematisch zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Plattenelementes mit dazwischen angeordneter Wellrippe; Fig. 7 and Flg. 8th; schematically two embodiments of a plate element according to the invention with interposed corrugated fin;
Fig. 9 und Rg. 10; schematisch eine Ansicht eines weiteren Ausfuhrungsbei- spiels einer erfindungsgemäßen Strömungekanalplatte und die Strömungskanalplatte in einer Detailansicht; Das in der Figur 1 gezeigte Kraftfahrzeug 1 umfasst eine Brennkraftmaschine 2 mit einer nachgeschalteten Abgasanlage 3, bei weicher in diesem Ausführungsbeispiel in einem Abgasstrang 4 ein Abgasverdampfer 5, ein Katalysator 6, ein Mittelschalidämpfer 7 und ein Endschalldämpfer 8 angeordnet sind. Das Kraftfahrzeug 1 steht mit vier Rädern 9 (hier nur exemplarisch be- ziffert) auf einem Fahrbahnuntergrund 10, welcher nach der Darstellung der Figur 1 in der Papierebene liegt. Είη derartiger Abgasverdampfer 5 ist, wie Fig. 1 welter zeigt, thermisch an einen sogenannten Ranklne-Kreislauf 18 gekoppelt. Der Rankine-Kreisiauf 18 weist zumindest einen Verdampfer 5, einen [Expander 1Θ, einen Rankine- Kondensator 20 und eine Pumpe 21 auf. Das Arbeitsmedium des Rankine- Kreielaufes, beispielsweise Wasser, wird durch die Pumpe 21 auf ein erhöhtes Druckniveau gehoben. Anschließend strömt das Medium in den Verdampfer 5. Aus dem Verdampfer strömt das Arbeitsmedium In den Expander 1Θ, in dem es mechanische Arbelt verrichtet und auf ein niedrigeres Tempe- ratur- und Druckniveau expandiert. Von dort strömt es in einen Rankine- Kondensator 20, in dem das Arbeitsmedium verflüssigt wird. Die Pumpe 21 saugt anschließend das Arbeitsmedium wieder an. Fig. 9 and Rg. 10; schematically a view of another Ausfuhrungsbei- game of a flow channel plate according to the invention and the flow channel plate in a detailed view; The motor vehicle 1 shown in FIG. 1 comprises an internal combustion engine 2 with a downstream exhaust system 3, in which an exhaust gas evaporator 5, a catalytic converter 6, a middle damper damper 7 and a rear silencer 8 are arranged in an exhaust gas line 4 in this exemplary embodiment. The motor vehicle 1 is provided with four wheels 9 (here only exemplarily numbered) on a road surface 10, which, according to the representation of FIG. 1, lies in the plane of the paper. Such an exhaust gas evaporator 5 is, as shown in FIG. 1 welter, thermally coupled to a so-called Ranklne circuit 18. The Rankine circuit 18 has at least one evaporator 5, an expander 1, a Rankine capacitor 20, and a pump 21. The working medium of the Rankine cycle, for example water, is lifted by the pump 21 to an elevated pressure level. Subsequently, the medium flows into the evaporator 5. From the evaporator, the working medium flows into the expander 1, in which it performs mechanical work and expands to a lower temperature and pressure level. From there it flows into a Rankine condenser 20, in which the working medium is liquefied. The pump 21 then sucks the working fluid again.
In den Flg. 2a bis Fig. 2d ist ein erstes Ausführungsbeispiel erflndungsge- mäßer Strömungskanalplatten 12a und 12b, die zusammengesetzt eine Strömungskanalplatteneinheit 12 bilden, und einer Abdeckplatte 11 dargestellt. Die Strömungskanalplatten 12a und 12b weisen eine Vielzahl von Durchbrüchen 17 auf, wobei die Breite der einzelnen Durchbrüche der beiden Platten unterschiedlich ist, so dass bei einem Stapeln der Platten (wie In Flg. 2d dargestellt) eventueile Grate die Verbindung der Platten untereinander nicht unnötig behindern. Die beiden Strömungskanalplatten werden oben und unten durch eine Abdeckplatte 11 abgedeckt. Erfindungsgemäß wird eine Einheit aus Strömungskanalplatteneinheit 12 und Abdeckplatte 11 als Plattenelement 15 bezeichnet. In the Flg. 2a to 2d show a first exemplary embodiment of flow channel plates 12a and 12b according to the invention which form a flow channel plate unit 12 in combination and a cover plate 11. The flow channel plates 12a and 12b have a plurality of openings 17, wherein the width of the individual openings of the two plates is different, so that when stacking the plates (as shown in Flg. 2d) eventueile burrs do not impede the connection of the plates with each other unnecessarily , The two flow channel plates are covered at the top and bottom by a cover plate 11. According to the invention, a unit of flow channel plate unit 12 and cover plate 11 is referred to as plate element 15.
Wird nun mit derartigen Plattenelementen 15 ein Stapel aufgebaut, indem abwechselnd ein Plattenelement 15 und eine Rippe 16 aufeinander gelegt und anschließend miteinander verlötet werden, so resultiert daraus ein Abgasverdampfer, wie er in Flg. 3 dargestellt Ist. Der Abgasverdampfer weist einen Einlass 13 und einen Auslass 14 auf, die, in Längsrichtung betrachtet, In etwa mittig angeordnet sind. Das Fluid, beispielsweise Wasser aus einem Clauslus-Rankine-Kreislauf, strömt ausgehend vom Einlass 13 In einen Sammelkanal 13a, der durch die PlatteneJe- mente 15 und dazwischen eingelegte Zwischenelemente 13b gebildet wird. If now a stack is built up with such plate elements 15 by alternately laying a plate element 15 and a rib 16 on top of each other and then soldering them together, this results in an exhaust gas evaporator, as described in Flg. 3 is shown. The exhaust gas evaporator has an inlet 13 and an outlet 14, which, viewed in the longitudinal direction, are arranged approximately centrally. The fluid, for example water from a Clauslus-Rankine cycle, flows, starting from the inlet 13, into a collecting channel 13a, which is formed by the plate elements 15 and interposed intermediate elements 13b.
Von dort wird das Fluid auf die jeweiligen Plattenelemente verteilt und strömt, nachdem es in einem zweiten Sammelkanal 14a gesammelt wurde, durch den Auslass 14 aus dem Verdampfer. Der zweite Sammelkanal 14a wird ebenfalls aus den jeweiligen Plattenelementen 15 und dazwischen eingelegten Zwischenelementen 14b gebildet. Die beiden Sammelkanäle 13a und 14a sind seitlich am Verdampfer angeordnet, so dass die Strömung des zweiten Fluids, insbesondere eines Abgases eines Kraftfahrzeuges, entlang der Rippen 16 nicht behindert wird. From there, the fluid is distributed to the respective plate members and, after being collected in a second collection channel 14a, flows out of the evaporator through the outlet 14. The second collection channel 14a is also formed from the respective plate members 15 and interposed intermediate members 14b. The two collecting channels 13a and 14a are arranged laterally on the evaporator, so that the flow of the second fluid, in particular an exhaust gas of a motor vehicle, along the ribs 16 is not hindered.
Die Fig. 4 bis Fig. 6 zeigen schematisch weitere Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Strömungskanalplatteneinheit 12, wobei die Einheit 12 entweder zwei Strömungskanalplatten 12a und 12b umfassen kann, indem die einzelnen Strömungskanäle 17 durch einen Stanzprozess bereitgestellt werden (wie in den Fig. 2a bis Fig. 2d) oder aus einer einzelnen Strömungskanalplatte 12a, Indem die Strömungskanäle durch einen Tiefziehprozess bereitgestellt werden. FIGS. 4 to 6 schematically show further exemplary embodiments of a flow channel plate unit 12 according to the invention, wherein the unit 12 can either comprise two flow channel plates 12 a and 12 b by providing the individual flow channels 17 by a stamping process (as shown in FIGS. 2 a to 2 b). 2d) or from a single flow channel plate 12a, by providing the flow channels by a deep drawing process.
Wie dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 zu entnehmen ist, ist in einer Zuleitung 25 zu den Kanälen 17 ein Druckverlustelement 28 angeordnet, das mit »dp" gekennzeichnet ist. Durch ein derartiges Druckverlustelement 28, das beispielsweise als Düse oder Blende ausgebildet ist, wird gezielt ein Druckverlust eingestellt, der In weiterer Folge zu einer gleichmäßigeren Mediumverteilung führt, wie noch detaillierter beschrieben werden soll. Wie In Flg. 5 dargestellt weist ein Abgasverdampfer drei Zonen auf, die sich insbesondere dadurch unterscheiden, dass das Arbeitefluid in den jeweiligen Zonen verschiedene Phasenzustände aufweist. Während das ArbeltsfluW in einem Unterkühlungsbereich 22 größtenteils in flüssiger Form vorliegt und in einem Verdampfungsbereich 23 größtenteils in zwel-phasiger Form, ist das ArbeltsflukJ in einem Überhitzungsbereich 24 vollständig verdampft Aufgrund der dadurch entstehenden unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten bilden sich unterschiedlich hohe Druckverluste aus, wobei der Druckverlust ausgehend von einem Unterkühlungsbereicn zunimmt. 4, a pressure loss element 28, which is designated by "dp", is arranged in a feed line 25 to the channels 17. A pressure loss element 28 of this type, which is designed, for example, as a nozzle or aperture, is aimed set a pressure drop, which subsequently leads to a more even medium distribution, as will be described in more detail. Like In Flg. 5, an exhaust gas evaporator has three zones, which differ in particular in that the working fluid has different phase states in the respective zones. While the working fluid W in a subcooling region 22 is mostly in liquid form and in an evaporation zone 23 mostly in the two-phase form, the working air is completely vaporized in an overheating zone 24. Due to the different flow velocities resulting therefrom, different pressure losses are formed, the pressure loss starting from a supercooling area increases.
Durch die Bereitstellung eines Druckverlustes -.dp" ist der Druckverlustunterschied durch die unterschiedlichen Zonen 22 bis 24 prozentual gesehen niedriger. Diese Maßnahme sorgt für eine gleichmäßigere Mediumverteilung. Das Verhältnis zwischen dem Vordruckveriust und dem Druckverlust im rest- liehen Strömungskanal 17 sollte zwischen OJ25 und 1 sein. By providing a pressure loss of -dp ", the difference in pressure loss across the different zones 22 to 24 is lower in percentage terms, which results in a more even distribution of media.The ratio between the inlet pressure loss and the pressure loss in the remaining flow channel 17 should be between OJ25 and 1 be.
Der zusätzliche Druckverlust bewirkt keine großen Einbußen des Gesamtwirkungsgrades des Clausius- ankine-Krelslaufes, da die Leistung der Pumpe 21 durch die niedrigen Massenströme durch den zusätzlichen Ge- samtdruckverlust über den Verdampfer 5 nur minimal ansteigt. The additional pressure loss causes no major loss of the overall efficiency of Clausius ankine Krelslaufes, since the performance of the pump 21 by the low mass flows due to the additional total pressure loss across the evaporator 5 only minimally increases.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 können mehrere Strömungskanäle 17 Im Übemitzungsbereich 24 parallel geschaltet werden. Durch eine damit verbundene Zunahme des Strömungsquerschnittes kann dem steigenden Druckveriust ebenfalls entgegengewirkt werden. In a further embodiment according to FIG. 5, a plurality of flow channels 17 can be connected in parallel in the overmeating area 24. By an associated increase in the flow cross-section, the increasing Druckveriust can also be counteracted.
Je nach Wahl des Arbeitsfluides sind die Massenströme unterschiedlich hoch. Bei Alkoholen eignet sich beispielsweise eine parallele Anordnung der Strömungskanäle 17, wie in Fig. 6 dargestellt. Die Fig. 7 und Fig. 8 zeigen zwei besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele eines erfind ungsgemäßen Abgasverdampfers, in der Ausführungsform gemäß Fig. 7 werden die Strömungskanäle 17 mittels eines Tiefziehprozesses in die Strömungskanalpiatte 12a eingedrückt. Nach oben werden die Kanäle 17 durch eine erste Abdeckplatte 11 verschlossen. Diese Platt e stellt auch einen ebenen Anschluss zu einer nicht dargestellten Rippe dar. Um auch nach unten eine ebene Fläche zur Rippe 16 bereitzustellen, wird die Strömungskanalplatte 12a in eine am Rand ttefgezogene weitere zweite Abdeckplatte 11 eingelegt. Depending on the choice of working fluid, the mass flows are different levels. In the case of alcohols, for example, a parallel arrangement of the flow channels 17, as shown in FIG. 6, is suitable. 7 and 8 show two particularly preferred embodiments of an inventive exhaust gas evaporator, in the embodiment of FIG. 7, the flow channels 17 are pressed by means of a deep drawing process in the Strömungskanalpiatte 12 a. At the top, the channels 17 are closed by a first cover plate 11. This plate e also represents a flat connection to a rib, not shown. In order to provide even down to a flat surface to the rib 16, the flow channel plate 12a is inserted into a ttefgezogene on the edge further second cover plate 11.
Unter Umständen kann diese zweite Abdeckplatt e 11 entfallen, so dass die Strömungskanalplatte 12a unmittelbar an die Rippe 16 grenzt. Under certain circumstances, this second Abdeckplatt e 11 omitted, so that the flow channel plate 12 a directly adjacent to the rib 16.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 8 unterscheidet sich von der Ausführungs- form gemäß Fig. 7 im Wesentlichen dadurch, dass die Strömungskanalplat- teneinheit 12 nun genau zwei Strömungskanalplatten 12a und 12b umfasst. Durch das Stapeln der beiden Strömungskanalplatten werden Hohlräume gebildet, die als Strömungskanäle 17 dienen. Gegebenenfalls kann auch In dieser Ausführungsform die untere zweite Abdeckplatte 11 entfallen. The embodiment according to FIG. 8 differs from the embodiment according to FIG. 7 essentially in that the flow channel plate unit 12 now comprises exactly two flow channel plates 12a and 12b. By stacking the two flow channel plates cavities are formed, which serve as flow channels 17. Optionally, also in this embodiment, the lower second cover plate 11 omitted.
Durch eine Vielzahl an Untersuchungen haben sich folgende geometrischen Parameter als besonders günstig herausgestellt: Through a variety of studies, the following geometric parameters have proven to be particularly favorable:
0,5 mm≤ h .s 3 mm, bevorzugt: 0,8 mm≤ h s 2 mm; 0.5 mm ≤ h ≤ 3 mm, preferably: 0.8 mm ≤ h ≤ 2 mm;
1,0 mm≤ b1 * 8 mm, bevorzugt: 3,0 mm≤ b1 £ 5 mm; 1.0 mm ≤ b1 * 8 mm, preferably: 3.0 mm ≤ b1 ≤ 5 mm;
1 ,0 mm s b2 s 8 mm, bevorzugt: 3,0 mm≤ b2 5 mm; 1, 0 mm s b2 s 8 mm, preferably: 3.0 mm≤b2 5 mm;
wobei gilt: b2 < b1 ; where: b2 <b1;
0,5 mm -S c1 £ 3 mm, 0,5 mm z c2 s 3 mm, wobei gilt: c1 < c2; Die Dicken der Abdeckplatten 11 betragen bevorzugt 0,5 mm bis 0,8mm. Die Dicke der mindestens einen Strömungskanalplatte betrögt bevorzugt zwischen 0,3 mm bis 0,7mm; das heißt, dass die mindestens eine Strömungskanalplatte dünner als die mindestens eine Abdeckplatte ausgeführt sein kann. 0.5 mm -S c1 3 3 mm, 0.5 mm z c2 s 3 mm, where: c1 <c2; The thicknesses of the cover plates 11 are preferably 0.5 mm to 0.8 mm. The thickness of the at least one flow channel plate is preferably between 0.3 mm to 0.7 mm; that is, the at least one flow channel plate may be made thinner than the at least one cover plate.
Die Fig. 9 und Flg. 10 (wobei Fig . 10 eine Detallanslcht darstellt) zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiei eines Abgasverdampfers gemäß der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform werden die Strömungskanäle 17 durch parallele Steken gebildet, die durch Durchbrüche 27 kommunizierend miteinander verbunden sind. Bevorzugt werden diese Durchbrüche durch einen Stanzprozess bereitgestellt Durch die gestanzten Durchbrüche beziehungsweise Durchtrittsöffnungen lassen sich Umlenken der Strömungskanäle Ideal einstellen. Ähnlich der Ausführungsform gemäß Fig. 5 können im Überhitzungsbereich 24 zwei oder mehrere Strömungskanäle parallel geschaltet werden, um den erhöhten Druckverlust zu reduzieren. FIGS. 9 and 9g. FIG. 10 (FIG. 10 being a detail) shows another embodiment of an exhaust gas evaporator according to the present invention. In this embodiment, the flow channels 17 are formed by parallel Steken which are communicatively connected by apertures 27. These breakthroughs are preferably provided by a stamping process by the punched openings or passages can be adjusted deflecting the flow channels ideal. Similar to the embodiment according to FIG. 5, two or more flow channels can be connected in parallel in the overheating region 24 in order to reduce the increased pressure loss.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e P a n t a n s p r e c h e
Verdampfer, Insbesondere Abgasverdampfer (5) für eine Abgasanlage (3) eines Kraftfahrzeuges (1), mit einer PlattervSandwichstruktur mit mehreren aufelnandergestapetten fluidführenden Plattenelementen (15) zum Führen eines ersten FlukJs, wobei zwischen zwei Plattenelementen zumindest eine Rippe (16), insbesondere Stegrippe oder Wellrippe, zum Führen eines zweiten Fluids angeordnet ist, wobei ein Plattenelement mindestens eine strömungskanaiabdeckende Abdeckplatte (11) und eine Strömungskanalplatteneinheit (12) um- fasst, wobei die Strömungskanalplatteneinheit zumindest eine mit Strömungskanälen (17) versehenen Strömungskanalplatte (12a, 12b) aufweist, um das erste Fluid von einem Einlass (13) zu einem Auslass (14) zu führen. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanalplatteneinheit (12) genau eine Strömungskanalplatte (12a) umfasst und die Strömungskanalplatte durch eine strömungskanaiabdeckende Abdeckplatte (11 ) verschlossen wird. Verdampfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Abdeckplatte (11) vorgesehen ist, die zwischen der genau einen Strömungskanalplatte (12a) und der zumindest einen Rippe (16) angeordnet ist, so dass die Strömungskanalplatte (12a) zwischen den beiden Abdeckplatten (11 ) angeordnet Ist. Verdampfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanalplattenelnheit (12) genau zwei Strömungskanalplatten (12a, 12b) umfasst, die zwischen zwei Abdeckplatten (11 ) angeordnet sind. Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle (17) durch einen Prägepro- zess oder einen Tiefzlehprozese bereitgestellt werden. Verdampfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieEvaporator, in particular exhaust gas evaporator (5) for an exhaust system (3) of a motor vehicle (1), with a PlattervSandwichstruktur with several aufelnandergestapetten fluid-carrying plate elements (15) for guiding a first FlukJs, wherein between two plate elements at least one rib (16), in particular rib ridge or Corrugated rib, arranged to guide a second fluid, wherein a plate member at least one Strömungskanaiabdeckende cover plate (11) and a flow channel plate unit (12) comprises, wherein the flow channel plate unit has at least one with flow channels (17) provided flow channel plate (12a, 12b) leading the first fluid from an inlet (13) to an outlet (14). Evaporator according to claim 1, characterized in that the flow channel plate unit (12) comprises exactly one flow channel plate (12a) and the flow channel plate is closed by a flow-channel-covering cover plate (11). Evaporator according to claim 2, characterized in that a further cover plate (11) is provided, which is arranged between the exactly one flow channel plate (12a) and the at least one rib (16), so that the flow channel plate (12a) between the two cover plates (12). 11) is arranged. Vaporizer according to claim 3, characterized in that the Strömungskanalplattenelnheit (12) exactly two flow channel plates (12a, 12b), which are arranged between two cover plates (11). Evaporator according to one of the preceding claims, characterized in that the flow channels (17) are provided by an embossing process or a deep-drawing process. Evaporator according to claim 4, characterized in that the
Strömungskanäie (17) der Strömungskanalplatten als Durchbrüche ausgebildet sind, wobei sich die Durchbrüche der beiden Strömungskanalplatten zur Bildung eines oder mehrerer StrömungskanäJe überlappen. Verdampfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der überlappenden Durchbrüche (17) unterschiedlich Ist. Verdampfer nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (17) durch einen Stanzprozess, Laserschneiden oder Wasserstrahlschneiden bereitgestellt werden. Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (13) und/oder der Auslass (14) In einem mittleren Bereich des Verdampfers (5) angeordnet ist/sind. Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (13) und/oder der Ausläse (14) seitlich am Verdampfer (5) angeordnet ist sind . Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Strömungskanalplattenelnheit (12) ein Element (28) aufweist, das ausgebildet ist, um einen erhöhten Druckverlust zu erzeugen, wobei das Element insbesondere als Düse, Blende oder Labyrinth ausgebildet ist. Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle (17) eine mfianderförmige Struktur aufweisen. Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle (17) durch parallele Slcken gebildet werden, die durch Durchbrüche (27) miteinander verbunden sind. Abgasanlage (3) für ein Kraftfahrzeug (1) aufweisend einen Abgasverdampfer (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Abgasanlage (3) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasverdampfer an einen Rankine-Kreisiauf (18) thermisch koppelbar ist. Strömungskanäie (17) of the flow channel plates are formed as openings, wherein the openings of the two flow channel plates overlap to form one or more StrömungskanäJe. Evaporator according to claim 6, characterized in that the width of the overlapping openings (17) is different. Evaporator according to claim 6 or 7, characterized in that the openings (17) are provided by a stamping process, laser cutting or water jet cutting. Evaporator according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet (13) and / or the outlet (14) is / are arranged in a central region of the evaporator (5). Evaporator according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet (13) and / or the Ausläse (14) are arranged laterally on the evaporator (5). Vaporizer according to one of the preceding claims, characterized in that at least one Strömungskanalplattenelnheit (12) has an element (28) which is adapted to a raised To generate pressure loss, wherein the element is designed in particular as a nozzle, aperture or labyrinth. Evaporator according to one of the preceding claims, characterized in that the flow channels (17) have a mfianderförmige structure. Evaporator according to one of the preceding claims, characterized in that the flow channels (17) are formed by parallel slits which are interconnected by openings (27). Exhaust system (3) for a motor vehicle (1) comprising an exhaust gas evaporator (5) according to one of the preceding claims. Exhaust system (3) according to claim 14, characterized in that the exhaust gas evaporator to a Rankine Kreisiauf (18) is thermally coupled.
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