CN101065635B - 尺寸优化的热交换装置及热交换装置的尺寸优化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于汽车的热交换装置，包括多个用于输送流体的流通管，其中，该装置具有预设的深度(T)，并且数个通管至少在部分上相互之间相隔预设的间距，其深度和预设间距之间有一个比例关系(V)。
Description
技术领域
本发明涉及一种热交换装置。这种装置尤其与汽车中的空调设备有关。但是必须指出，本发明的装置也可用于其它的空调设备或制冷循环中。
背景技术
在现有技术中，已知的是空调设备或热交换装置为了实现冷却采用制冷剂R134a。此外，已知的空调设备还有用制冷剂R744来代替制冷剂R134a的空调设备，在这里，制冷剂R744是指二氧化碳(CO2)。与以前的制冷剂相比，使用CO2可以更好地保护环境，因为这种制冷剂不会加剧温室效应。
但是在现有技术中，与传统的制冷剂相比，使用CO2会在局部上导致成本的上升，这是因为与R134a相比，这种制冷剂在装置中要处于明显较高的压力之下。举例来说，如果采用的是与使用传统制冷剂的情况下相同的几何形状或尺寸的制冷循环***，那么出现重量大和成本高的情况，这就使得这种装置的制造不具有经济性。本发明的目的在于，使各热交换装置的尺寸与CO2的利用相配合，从而制造出成本较低、重量轻的装置。
大量的研究表明，通过改变蒸发器就可以减轻重量、节省成本。在这里也可以允许功率略有下降的情况，因为大量的研究所得出的结论表明这对汽车中的冷却所造成的影响是极小的。
发明目的
本发明的目的在于，使装置通过一定尺寸的配合，在使用CO2作为制冷剂时，使装置得以改进，从而在制造成本、功率、重量等方面得以改善。
另一个目的还在于，改善以R134a为制冷剂的装置。
按照本发明，这一目的通过以下方式实现：虽然作为元件的蒸发器的特定的制冷功率出现下降，但是其对汽车车厢的制冷循环的反作用仍是可接受的。在这种情况下，可以不再需要超过使用传统制冷剂((R143a)的情况下的制冷循环的功率水平，而是处于可比的水平。更准确地说，在设计蒸发器时，它的重量和制造成本使制冷效率与传统的制冷剂相比时处于可比的水平。
按照发明，对蒸发器的关键几何尺寸进行优化，从而使整个***的成本/效用的比例关系尽可能达到最优。
本发明的目的在以下所述的热交换装置上得到实现。另外还包括其它的优选实施形式和进一步改型。
按照本发明的热交换装置具有多个用于输送流体的通流管，其中，装置具有预设的深度一下面称为安装深度，并且若干通流管至少在部分上相互之间相隔预设的间距。按照发明，通过这种方式使深度与预设的间距之间的比例关系小于7。热交换装置的深度基本上由各通流管的深度产生，详细的说明见附图。
如附图所示，各通流管之间的管间距是指通流管的各互相面对的侧面之间的距离。这种管间距也决定了优选地布置各管之间的翅片的高度。因此，间距在下文中也被称为翅片高度。
在这里，间距是指通流管之间最短的几何距离。所谓至少在部分上所预设的间距是指，在管子的整个长度内，管子之间并不一定要保持相同的间距。
也可以是，第一组管相互之间具有第一间距，第二组管相互之间具有第二间距。这在附图中得到详细说明。
在另一个优选的实施形式中，比例关系V小于6.5，较佳的是小于6.3，更佳的是小于5.9。研究和分析表明，上述比例关系在以CO2为制冷剂的情况下会得到特别优良的成本/效用关系，其中，用于评估成本/效用关系的指标包括特定的制冷功率、空气侧和制冷剂侧的压降以及制造成本和重量。
在另一个优选实施形式中，通流管至少在部分上相互平行。这样可以保证各通流管之间的间距基本上保持恒定。
通流管基本上沿其整个长度优选地相互平行，这样基本上在其整个长度内具有恒定、预设的第一间距。
在另一个优选实施形式中，通流管具有扁平管状的横断面。扁平管状的横断面是指其一侧的长度大大超过另一侧，例如拉长的矩形、带有圆角的拉长矩形或者第一半径明显大于第二半径的椭圆形。
在另一个优选实施形式中，流体是制冷剂，优选为R744(CO2)。
在另一个优选实施形式中，多个第一通流管相互间至少部分地具有预设的第一间距，多个第二通流管相互间至少部分地具有基本上为预设的第二间距，其中，深度和预设的间距中的至少一个间距之间的比例关系V小于7。
这说明，一些管之间具有与其它管不同的间距。在这种情况下，在相互基本上平行的通流管中的各间距可以变化。此外，可以在确定预设的第一间距和预设的第二间距时，使深度和两个预设的间距之间的比例关系分别小于7。
优选的是，在热交换装置中，流体在多个第一通流管中沿一个方向流动，而流体在多个第二通流管中沿另一个方向流动，而对于这样的热交换装置分别选择不同的预设管间距。通过这种方式，在考虑到所达到的热交换效率的情况下，可以实现低成本的结构形式。
在另一个优选实施形式中，多个第一通流管与多个第二通流管在侧面相互错开。在这里，多个第一和第二通流管的各预设间距可以选择为相同的或是不同的。而预设的间距在相同的多个通流管中也可以变化。
在另一个优选实施形式中，在通流管之间布置着散热翅片。这些散热翅片用于改善与周围空气的热交换。在这里，如上所述，这些散热翅片的高度基本上由各所在通流管之间预设的间距决定。
在一个优选实施形式中，各散热翅片的壁厚在0.04到0.2mm之间，优选在0.05和0.12mm之间，特别优选在0.06和0.1mm之间。翅片密度为40到90片/dm，优选为50到80片/dm，特别优选为60到70片/dm。
在另一个优选实施形式中，装置的深度为10mm到60mm，优选为20mm到50mm，特别优选为25到45mm。这些不同的深度有着不同的用途，也就是说，取决于是用于小型车或是中级车或是高级车。
在另一个优选实施形式中，通流管之间预设的间距为4mm到12mm，优选为4.5mm到10mm。这些间距也有着不同的用途。
在另一个优选实施形式中，预设的间距5mm到12mm、优选的间距5.5mm到10mm对应于深度30mm到50mm、优选的深度35mm到45mm。在这个实施形式中涉及到的是尺寸较大的热交换装置，它尤其是用于但不限于中级车或高级车中的空调设备。在这里，所选用的尺寸基本上可以保证比例关系小于7。
在另一个优选实施形式中，预设的间距3mm到10mm、优选的间距4mm到8.5mm对应于深度15mm到40mm、优选的深度20mm到35mm。这些尺寸尤其是用于小型车和中级车中的空调设备。
在这些尺寸下，比例关系基本上保证小于7。在这里，基本上为7的比例关系也指略微超过7的比例关系。
在另一个优选实施形式中，通流管的宽度为1mm到3mm，优选为1.5mm到2mm，特别优选为1.7mm到1.9mm。通流管的壁厚为0.1mm到0.6mm，优选为0.2mm到0.4mm，特别优选为大约0.3mm。通过这些尺寸可以实现与周围空气之间特别优良的热交换。
按照本发明的装置优选指作为汽车空调设备制冷循环的组成部分的蒸发器。
此外，本发明涉及一种汽车空调设备，它具有至少一个本发明的热交换装置。
此外，本发明还涉及一种确定热交换装置尺寸的方法，其中，第一步是确定装置的第一尺寸，下一步是确定装置的第二尺寸，在接下来的一步中确定装置的至少两个第一目标参数，接下来改变至少一个尺寸，由被更改的尺寸再得到装置的两个第二目标参数，并最后通过比较第一和第二目标参数来选择较佳的目标参数。
第一和第二尺寸优选地从一组尺寸中选择，这组尺寸包括深度、散热翅片的高度、通流管的间距及类似的尺寸。
此外，尺寸也可以指量如每dm的翅片密度及类似的量。
目标参数优选地从一组参数中选择，这组参数包括结构空间深度、制冷功率、空气侧压降、重量和制造成本。如前面所述，通过这些参数可以最终测算出热交换装置相对于不同制冷剂的效用或数值，在这里，制冷剂为R
134a和R744(CO2)。通过本发明的方法可以改变热交换装置的重要尺寸，并可以由此测算出有关的上述输出值，以使采用这些尺寸的装置在可接受的制造成本和可接受的重量的情况下达到满意的、足够的制冷功率。
在这种方法中要考虑到，即使对一个或另一个尺寸进行很小的修改，也会导致输出值或目标参数发生很大的变化。
对目标参数优选地在不同的尺寸下进行多次测算，并从这些如此算得的多组目标参数中选出最佳的参数组。通过对目标参数的多次测算可以对热交换装置的所要达到的效率或目标参数进行非常精确的分析。在对最佳的目标参数组进行测算时，优选地对各目标参数按照规定的准则进行加权。举例来说，对于用于高级车的装置，对目标参数重量和制造成本的加权小于应用在小型车上的装置。
附图说明
本发明的装置及方法的其它优点和实施形式见附图。其中，
图1是本发明的装置的局部俯视图；
图2是图1中所示的本发明的装置的侧视图；
图3是另一个实施形式的示意图；
图4是再一个实施形式的示意图；
图5是又一个实施形式的示意图；
图6是用来说明管子间距的示意图；
图7是用于说明所达到的冷却程度的图表；
图8是各元件的分析图；
图9a是本发明的装置的冷却功率和重量之间的关系图；
图9b是空气侧压降的表图；
图10是取决于安装深度的的功率图；
图11是与安装深度相关的功率与重量之间的比例关系图；
图12是与安装深度相关的功率与成本之间的比例关系图；
图13是与安装深度与翅片高度之间关系相关的功率图；
图14是与安装深度与翅片高度之间关系相关的功率与重量之间的比例关系图；
图15是与安装深度与翅片高度之间关系相关的功率与成本之间的比例关系图。
具体实施方式
图1是本发明的用于热交换装置1的局部俯视图。这个装置具有多个第一通流管3、多个第二通流管5。在一个优选的实施形式中，制冷剂沿着一个方向在多个第一通流管3中流动，即沿由图示平面向外的方向，并沿着另一个方向在多个第二通流管5中流动，即沿由外进入到图示平面的方向。
附图标号7表示通流管的箱。通流管优选地分成多个箱或通道。
在这里，第一通流管3和第二通流管5被间隙8相互分开。间隙8用于绝热，因为制冷剂在通流管3和5中的温度会不同，而两者之间不应发生热传递。但是，通流管也可以沿深度T连续地布置来取代间隙，即只设置了多个扁平管。在这种情况下，箱或通道7是封闭的，即制冷剂不流入到这个通道中。
附图标号4是指在这里的俯视图中所示的、布置在通流管3和5之间的翅片。尺寸H是指翅片高度，基本上由各通流管3或5之间的间距决定，准确地说是由各通流管3和5的相互面对的侧面之间的间距决定。
附图标号T是指安装深度，如上所述，它是装置的关键的几何尺寸。翅片4基本上沿着整个的深度T延伸，并优选地不被间隙中断。前面所述的比例关系V取决于安装深度T与翅片高度Hri之间的比例关系。
图2是图1中所示的局部的热交换装置的侧视图。在这里，b指各通流管的宽度。在以R134a为制冷剂的热交换装置中，管的宽度在2到4mm之间，优选为2.5到3mm。
在以CO2为制冷剂的热交换装置中一如上所属—管的宽度优选为1.2到2mm。装置的总宽度为120到400mm，优选为215到350mm，特别优选为250到315mm。同样具有优点的宽度为120到315mm。本发明的装置的高度为140到300mm，优选为200到300mm，特别优选为220到250mm。同样具有优点的高度为140到270mm。在一个优选的实施形式中，装置基本上由铝或者一种含有铝的材料制成。
附图标号A是指所谓的横节距，即各通流元件的几何中心之间的距离。在另外还考虑到各管的宽度b的情况下，可由横节距A得到翅片高度Hri，即翅片高度与横节距直接相关。如果由于通流管3、5横断面的原因无法提供在几何上明确的、恒定的翅片高度或通流管间距，例如当图2中所示的通流管的间距在垂直于图示平面的方向上发生变化(这种情况会出现在轮廓为圆形的通流管上)，那么横节距可用作翅片高度的尺寸。在这种情况下，根据本发明的深度与管的间距之间的比例关系，可由深度与横节距之间的比例关系代替。
图3中是本发明的装置的另一个实施形式。在这里，附图标号3和5分别指俯视图中的各通流管。与图1中所示的实施形式不同的是，通流管3和通流管5在这里沿侧面相互错开。这意味着，可分别为通流管3和通流管5确定通流管之间的间距。在图3所示的实施例中，通流管3的间距Hri与通流管5之间的间距Hri完全相同。
图4是本发明的装置的另一个实施形式的示意图。在这里，通流管3之间的间距Hri大于通流管5之间的间距Hri2。其中，在选择两个间距Hri1或Hri2中的至少一个时一在这里至少是间距Hri1，要优选地使深度T和间距Hri1之间的比例关系小于7。但也可以在选择两个间距时，使相应的比例关系都小于7。
图5中是本发明的装置的另一个实施形式。在这个实施形式中，各通流管之间的间距只在通流管3中变化。但也可以是，各通流管之间的间距只在通流管5中变化，或者既在通流管3中也在通流管5中变化。在这个实施形式中也必须保证，间距Hri中的至少一个满足以下要求，即深度和这个间距之间的比例关系小于7。
也可以在各管之间设有其它不同的间距或者设有多个不同的间距，例如间距Hri1、Hri2、Hri3等。无论如何必须保证间距Hri中的一个满足上述小于7的比例关系。
图6是用来说明间距Hri定义的示意图。在图3到5中的通流管分别具有笔直的侧面，它们可以同时直接确定间距，而在图6所示的实施形式中通流管具有椭圆形的横断面。在这种情况下，通流管之间的间距被定义为两条分别与通流管3相切的切线T之间的间距。
但是如前所述，管的间距也可以不通过相互面对的侧面的间距来确定，而是由各管的几何中心线之间的间距来确定，这在前面被称为横节距。如前所述，这首先适合于通流管具有与这里所示不同的几何形状，例如凹形或凸形。
图7中的图表中是对高级车的冷却曲线的模拟。在这里，在怠速一运行点分别绘出制冷剂R134a的可比的冷却曲线(这里由曲线11和12表示)以及R744的可比的冷却曲线(这里由曲线14和15表示)。
上部曲线12和14表示车厢内的温度变化，下部曲线11和15表示蒸发器本身的温度变化。
此外，模拟以下列情况为出发点，即R134a蒸发器的安装深度为65mm，而R744蒸发器的安装深度则少了25mm，也就是说安装深度为40mm。
纵坐标为时间，单位为分钟，横坐标为温度，单位为摄氏度。模拟分为若干时间段I到IV，其中，时间段I中的行驶为第3挡位，速度为32km/h，时间段II中的行驶为第4挡位，速度为64km/h，时间段III中为怠速行驶，时间段IV中的行驶为第2挡位，速度为64km/h。
从图中看出，在第3档位(I)时，R744蒸发器所达到的冷却比R134a蒸发器更迅速均匀。在II到IV区域，各蒸发器基本上分别达到相同的值。
在图8中是不同形式的蒸发器在一个典型的运行点的功率的比较。在这里，定义这个运行点时，要使比较能够不受制冷循环的影响。
要指出的是，下面所述的方法或所获得的结果同样适用于R134a蒸发器和R744(CO2)蒸发器的改善。
在这里所示的图表中，以下列条件为出发点：气流量GLV为8kg/min，气流进口温度tLVe＝40℃，相对湿度为40％。
在图表中，菱形表示为制冷剂R744(CO2)所测得的值；椭圆形表示为R134a所测得的值。
对于以R744为制冷剂的蒸发器，翅片密度为70片/dm，对于以R134a为制冷剂的蒸发器，翅片密度为60片/dm。
纵坐标为安装深度，单位为mm，横坐标为总功率，单位为kW。所填入的每对值或点31到39是温度T、翅片高度Hri，翅片密度zri及所谓的横节距sq的函数。横节距是指各通流管的中心之间的间距。在这里，通过每对值或点31到39形成一个范围，它涵盖了不同等级的汽车的制冷循环的功率水平。上面的曲线22对应于高级车或货车，下面的极限曲线23显示了小型车的功率需求。
对于小于40mm的安装深度，即从测量点31到35，填入与制冷剂R744有关的值。对于安装深度∑40mm的区域，填入与制冷剂R134a有关的值。如上所述，对于测量点31到35，选择统—的翅片密度70片/dm，而对于测量点36到39，选择统一的翅片密度60片/dm。
对于测量点31和32，横节距较小，对于测量点33到35，横节距较大。由较小的横节距得到的是同样较小的翅片高度，这由线28表示。同样，由较大的横节距得到的是较大的翅片高度，这由线27表示。
对于测量点36和37，所选择的横节距较小，从而使翅片高度HRi也较小，如线25所示。对于测量点38和39，所选择的横节距较大，从而使翅片高度也较大，如线26所示。
从图表中可以看出，在使用R744的情况下，并且由坐标表示的功率水平保持不变的情况下，安装深度明显变小。这就是说，安装深度T与翅片高度HRi的对应或比例关系发生偏移。
在使用R134a的情况下，65mm的深度所对应的翅片高度为7到10mm，40mm的深度所对应的翅片高度为4到6mm，而在使用R744的情况下，40mm的深度所对应的翅片高度为7到10mm，27mm的深度所对应的翅片高度为5到8mm。
在以前的结构类型中，对于制冷剂R744，采用的是R134a的对应关系或尺寸。与R134a相比，这导致功率值明显提高，但是却增加了重量和成本，这是由于在使用R744时所要求的压力明显较高所致。明显增高的功率值在这里由例如点41和42表示。由点41和42所表示的功率要比所要求的最大功率高出超过15％。
由此表明，与业界的想法相反，在确定尺寸时也可以进行降低成本、减少重量的更改，同时又不会损害冷却功率。
R744的潜能明显较高的原因在于，在R744循环中，由于R744压缩机特殊的高输送量，压降在低压部分可以更快地实现。这就实现了更高的动态性能，并在蒸发器上在空气和制冷剂之间形成了更高的、起驱动作用的温差。
蒸发器中制冷剂侧的压降处于可比的数量等级，其中，在使用R134a时，1bar的压降引起大约9K的温度变化，而在使用R744时则只有1K。通常在蒸发器中的流动长度范围内，这会使空气和制冷剂之间形成明显较高的、起驱动作用的温差(R744蒸发器一般具有明显较低的表面温度)。
如前面所述，成本/效用最优值是安装深度、冷却功率、空气侧压降、重量和成本等值的函数值。在这里，如前所述，深度T、翅片高度Hri以及管间距或由数值推导出的其它数值如横节距是变量。
按照目前为止的考虑和研究，65mm的安装深度对于现有的功率水平来说太大了；按照评估，较佳的设计是55mm，它也会达到65mm深度的功率水平。当然，这样一种实施形式也可能导致成本上升，影响空气侧的压降。在功率方面，对于制冷剂R134a较佳的深度是40mm；但是在这种情况下会在成本和空气侧的压降方面具有缺点。上述的考虑表明，在对所要制造的蒸发器进行评判和分析时，各方面之间的关系相互交错、极其复杂。
对于使用制冷剂R744的蒸发器，特别适合的结构深度在25到45mm之间。
图9中的图表说明了本发明的几个优点。其中，在标有图9a的子图表中，显示了蒸发器的重量与可达到的制冷能力之间的关系。物理边界条件如气流量GLV，与那些在对图8中说明作为基础的条件相同。同样，蒸发器的尺寸也相同。
如涉及小型车和中级车的测量点44和45所示，可以通过几何尺寸的配合来达到可比的制冷能力，其中，测量点44是用于制冷剂R744，测量点45用于制冷剂R134a。对于测量点45，是以平均的安装深度和60片/dm的翅片密度为基础。而对于测量点44则选用小于点45的深度、较小的横节距和较大的翅片密度。
而涉及高级车上的装置的两个测量点46和47表明，在制冷能力相同的情况下，R744蒸发器的重量明显较少。对于测量点46，所选的是较大的安装深度T、预设的翅片密度和较大的横节距sq。在测量点47处，R744蒸发器的深度T比点46小，翅片密度与点46相同，横节距也相应地相同。因而，由于安装深度较小，在横节距相同的情况下，重量明显减轻，并且即使与功率相同的R134a蒸发器相比，在重量上也具有优势。由于安装深度减少，材料耗费也相应减少，从而降低了成本。
此外，对于高级车中的蒸发器，安装深度可从65减少到45mm，对于小型车，则可从40减少到25mm。这还会带来另外的优点，即在汽车中占用的空间较少。
如图9b中的图表所示，在坐标中所示的空气侧压降也可以减少。方块51到53与制冷剂134a有关，方块54到55与制冷剂R744有关。从图中可以看出，在使用R744时，空气侧的压降明显地减少了大约50％。这提高了用于汽车空气调节的空气量，减少了鼓风机中的功率消耗，并为减少空调设备的噪音水平提供了可能。
在图10中，各蒸发器的功率值被填入到纵坐标中，而安装深度则作为横坐标。在这里，无论是CO2蒸发器还是R134a蒸发器，凡是具有相同翅片高度的蒸发器分别处于一直线上。附图标号63标识出对应于较高的翅片高度的直线，这里的翅片高度在下文中被称为第一翅片高度，附图标号62标识出对应较低的第二翅片高度(在下文中被称为第二翅片高度)的直线，附图标号61标识出对应小于第二翅片高度的翅片高度(在下文中被称为第三翅片高度)的直线。
如图10所示，各条直线61到63具有相对近似的上升趋势，由此推断出在结构形式或翅片高度相同的情况下，功率和安装深度在比例上相互依赖。此外还可以看出，翅片高度较小的蒸发器，虽然尺寸相同，但是由于热传导表面增大，因而具有更高的功率。
阴影区域60和70形成了所要求或有意义的功率值的边界。功率的边界值是通过对汽车车厢的冷却的模拟获得的。在上部区域60内，功率的继续上升并没有带来更多的优点，而在低于区域70中的下边界值的情况下车厢的冷却则是不能接受的。附图标号65到68是指位于所要求的功率范围内的测量值。它们表示不同结构形式的装置。
附图标号67指的是安装深度大并具有所述的第一翅片高度的R134a蒸发器。附图标号65是指安装深度较小并具有所述的第三翅片高度的R134a蒸发器。
附图标号66是指具有第二翅片高度和平均安装深度的R134a蒸发器。
附图标号68是指具有第一翅片高度和平均安装深度的R134a蒸发器。附图标号71到74是指这个蒸发器的测量值，这些值并没有处于区域60和70之间的可允许的范围75之中。其中，附图标号71是指安装深度较小并且具有第一翅片高度的蒸发器，附图标号72是指具有第三翅片高度并且安装深度很小的R744蒸发器，附图标号73是指安装深度较小并具有第三翅片高度的CO2蒸发器，附图标号74是指安装深度大并具有第一翅片高度的CO2蒸发器。
由图可以看出，在给定的安装深度和翅片高度下，CO2蒸发器的功率值明显高于R134a蒸发器。同样如图10所示，例如由直线76所示的安装深度较小且具有第二翅片高度的CO2蒸发器在应用上具有优点。椭圆140、141表示较佳的尺寸所在的范围。
在图11中是与安装深度相关的功率与重量的比例关系。在这里，所涉及的量如功率/重量相互之间再次加权评估，以正确评价各量的不同意义。在本方法的一个优选变型中，功率和成本被当作同等的量，重量和翅片高度则起着次要的作用。
在图11到15中所示的图表中加权评估分别是这样的：功率与成本的比例关系为50∶50，功率与重量的比例关系为80∶20，安装深度与翅片高度的比例关系为70∶30。三角形指的是CO2蒸发器，而圆形是指R134a蒸发器。在功率/重量比例关系填入到坐标中后，较高的值即沿功率方向移动的比例关系被认为是更佳的。
由此可以看出，对于R134a蒸发器而言，具有平均安装深度及所述的第二翅片高度的蒸发器81是良好的，具有较小安装深度及所述的第三翅片高度的蒸发器83也是良好的。
具有第一翅片高度的蒸发器84虽然在功率和重量的比例关系方面也是良好的，但是它的绝对功率对于小型车的冷却而言却是不可接受的。可以考虑将这种类型的蒸发器用于后部设备中。具有第二翅片高度的蒸发器同样可作为替代品用于小型车和/或中级车。
对于制冷剂CO2，较佳的是深度小并且翅片高度大的蒸发器86和87以及深度小并具有第三翅片高度的蒸发器88。虽然深度小的蒸发器89相对来说也是良好的，但在功率方面却处于极限值。
而蒸发器91与具有第二翅片高度的蒸发器直接相比，则具有明显的缺点。此外，该此蒸发器已经超出目前所要求的功率上限。
标号92所指示的蒸发器，在功率很低的情况下由于管子和翅片的排列密度大，而导致了不良的功率与重量的比例关系。
标号95和96是指由测量值确定的趋势线。通过趋势线可以确定或估计，采用哪些蒸发器尺寸可以达到较佳的设计，如这里所示的较佳的功率/重量比例关系。
就分别来说，趋势线95是指CO2蒸发器，趋势线96是指R134a蒸发器。
图12显示了与安装深度相关的功率与制造成本之间的比例关系。在这里，功率与成本的比例关系也是以前面所述的比例关系或加权评估为基础。
可以看出，由圆形表示的R134a蒸发器中，具有平均安装深度和第一翅片高度的蒸发器101具有最佳的功率/成本比例关系。但是这种蒸发器的输出功率低，因而在制定趋势线115时没有予以考虑。
和前面一样，用于R134a蒸发器的趋势线115及用于CO2蒸发器的趋势线116分别表明，在哪些几何尺寸上可以为蒸发器获得特别有利的结果。虽然具有第三翅片高度的蒸发器102明显不佳，但是在与蒸发器104到106相比时，必须考虑到其所具有的安装深度小的优点。
在考察由圆形表示的CO2蒸发器时，人们发现具有第一翅片高度或略小的翅片高度的蒸发器107和108具有良好的功率/成本比例关系，具有第一翅片高度的蒸发器110也具有良好的功率/成本比例关系。
按照要求，具有第三翅片高度的蒸发器111由于排列密度高而略差一些，这表现为成本方面的负面影响。而具有第二翅片高度的蒸发器按照逻辑处于具有第三翅片高度的蒸发器和具有第一翅片高度的蒸发器之间，可作为较佳的替代产品。
而对于具有较大安装深度且第三翅片高度的蒸发器112和具有较小安装深度的蒸发器113，上述比例关系还更为不利。
在前一个蒸发器上，由于较小的翅片高度(或高排列密度)，而使成本变得很高，而在后一个蒸发器上，虽然成本不高，但功率较低。蒸发器114虽然与图11中的蒸发器93相同，但处于上述原因也不予考虑。
一般来说，CO2蒸发器的水平要低于R134a结构的蒸发器。在这里可以看到它在成本上具有一定的缺陷，这是因为处于强度或安全原因(在使用CO2的情况下，工作压力明显高于制冷剂)而采用了稳定性更好的结构，因而使重量加大。
图13到15中所示的图表与图10到12中的图表相互关联。但在图13到15中的图表中，填入到纵坐标或横坐标上的量“安装深度”由安装深度和翅片高度加上10mm后之间的加权比例关系V’代替。
由图13中所示的各蒸发器的功率与安装深度和翅片高度之间加权比例关系V’所形成的坐标系看出，使用相同制冷剂的蒸发器(R134a或CO2)现在基本上不受翅片高度的影响而处于一条恒定的直线上。这说明了所选择的安装深度和翅片高度之间的加权，它表现在将10mm加到翅片高度上。在这里，人们又可以看到CO2蒸发器与具有相同安装深度的R134a相比在功率上具有优势。这里的各值和前面一样也是测量值，或者是通过模拟所获得的值，这些值得到测量的确认。
与绝对安装深度(见图11)相比，从图14中由与重量相关的功率和经过加权的翅片高度和安装深度之间的比例关系形成的图表，得到了和上面基本相同的结论。另外，这里所研究的R744蒸发器与重量相关的功率在V’＝1.3和V’＝2.8之间达到最大，并且在这个范围之外出现下降。从V’＝1.5起出现对蒸发器较佳的值，而从V’＝1.85起出现对蒸发器更佳的值。具有与重量相关的最大功率的蒸发器的加权比例关系V’为2.2或2.4。趋势线所表现的最大值为大约V’＝2.1。
类似的，在图15中所示的图表中，功率/成本比例关系填在相关的安装深度之上(见图12和15)。在这里，优先的情况也没有变化。当加权比例关系V’小于大约2.6时，R744蒸发器的与成本相关的功率超过R134a蒸发器。
我们发现，通过本发明的方法，按照所预设的尺寸或参数例如安装深度和翅片高度，可以确定不同的目标参数如成本、功率和重量，并可通过不同的加权相互测算，这些变量在最终效果上体现为最佳的实施形式。这样，按照本发明的方法，通过使用不同的填入方法(局部上也包括加权)，以有效的方式得到R134a和CO2蒸发器的最佳尺寸。以这种方式可以在考虑到各项指标如重量、功率等的情况下为各蒸发器选择最佳的尺寸。
可为本方法优选地开发程序，使得用户可以任意输入指标，任意输入目标参数，以满足例如汽车空气调节的要求。在编写这种程序时，要利用或结合通过测量和/或大量的热力学研究所获得的经验。
因此，本发明也涉及一种软件，它使本发明的方法在测算机的支持下得到应用。
对于CO2蒸发器，，较佳的是安装深度为20到45mm，翅片高度为4.0mm到10.0mm。
特别是在用于高级车时，较佳的是安装深度为35到45mm，翅片高度为5.5到10mm，而在用于小型车和中级车时，较佳的是安装深度为20到35mm，翅片高度为4到8.5mm。
Claims (43)
1.用于汽车的空调设备的热交换装置，包括多个用于输送流体的通流管，其中，该装置具有预设的深度（T），并且预设数量的通流管(3、5)至少在部分上相互之间相隔预设间距，用于布置散热翅片；其特征在于，深度和预设间距之间的比例关系小于7，和/或深度与预设间距加上10mm后的和之间的加权比例关系大于1.3且小于2.8。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，预设间距小于或等于9mm。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，预设间距小于或等于8mm。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，预设间距小于或等于6mm。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述比例关系小于6.8。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述比例关系小于6.6。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述比例关系小于6.3。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述比例关系小于6.1。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述比例关系小于5.9。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述比例关系小于5.1。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加权比例关系至少为1.5。
12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加权比例关系至少为1.85。
13.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加权比例关系至少为2.2。
14.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加权比例关系最高为2.6。
15.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加权比例关系最高为2.4。
16.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加权比例关系最高为2.25。
17.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通流管至少部分地相互平行。
18.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通流管之间具有恒定的预设的第一间距。
19.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通流管具有扁平管状的横断面。
20.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通流管整体制成。
21.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通流管由板材或挤压型材组成。
22.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通流管的断裂压力超过90bar。
23.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，流体是R744。
24.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，多个第一通流管(3)相互之间至少在部分上具有预设的第一间距，多个第二通流管(5)相互之间具有预设的第二间距，并且深度与至少一个预设间距的比例关系（V）小于7。
25.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，多个第一通流管(3)与多个第二通流管(5)在侧面相互错开。
26.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在通流管之间布置着散热翅片(4)。
27.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，装置的深度为10mm到60mm。
28.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，装置的深度为20mm到50mm。
29.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，装置的深度为25mm到45mm。
30.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，装置上的预设间距为4mm到12mm。
31.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，装置上的预设间距为4.5mm到10mm。
32.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，预设间距5mm到12mm对应于深度30mm到50mm。
33.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，预设间距5.5mm到10mm对应于深度35mm到45mm。
34.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，预设的间距3mm到10mm对应于深度20mm到35mm。
35.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，预设间距4mm到8mm对应于深度25mm到30mm。
36.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通流管的宽度为1mm到3mm。
37.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通流管的宽度为1.3mm到2mm。
38.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通流管的宽度为1.4mm到1.9mm。
39.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通流管的壁厚为0.1mm到0.6mm。
40.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通流管的壁厚为0.2mm到0.4mm。
41.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通流管的壁厚为0.25mm到0.3mm。
42.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置是蒸发器。
43.用于汽车的空调设备，其特征在于，它具有至少一个根据权利要求1至42中任一项所述的热交换装置。
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