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.

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.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Verdampfer mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteran- sprüche.

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.

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.

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 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 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 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.

Bevorzugt werden hierbei die Durchbrüche durch einen Stanzprozess, durch Laserschneiden oder Wasserstrahlschneiden bereitgestellt.

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 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.

Weitere wichtige Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Ansprüchen und den Zeichnungen.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbelsplele eines erfindungsgemäßen Verdampfers beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Flg. 1; schematisch eine Ansicht eines Kraftfahrzeuges mit einer Brennkraftmaschine und einer Abgasanlage mit einem Abgasverdampfer;

Fig. 2a bis Fig. 2d; schematisch eine Ansicht verschiedener Strömungska- nalplatten

Fig. 3; schematisch eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Abgasverdampfers; Fig. 4 bis Fig. 6; schematisch eine Ansicht von drei weiteren Ausfuhrungsbeispielen einer erfindungsgemäßen Strömungskanalplatte;

Fig. 7 und Flg. 8; schematisch zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Plattenelementes mit dazwischen angeordneter Wellrippe;

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Unter Umständen kann diese zweite Abdeckplatt e 11 entfallen, so dass die Strömungskanalplatte 12a unmittelbar an die Rippe 16 grenzt.

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.

Durch eine Vielzahl an Untersuchungen haben sich folgende geometrischen Parameter als besonders günstig herausgestellt:

0,5 mm≤ h .s 3 mm, bevorzugt: 0,8 mm≤ h s 2 mm;

1,0 mm≤ b1 * 8 mm, bevorzugt: 3,0 mm≤ b1 £ 5 mm;

1 ,0 mm s b2 s 8 mm, bevorzugt: 3,0 mm≤ b2 5 mm;

wobei gilt: 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.

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.