室外换热器及具有该换热器的两相流调控系统和调控方法与流程

本发明涉及换热器，具体涉及一种室外换热器及具有该换热器的两相流调控系统和调控方法。

背景技术：

1、新能源汽车热泵系统，前端冷却模块用室外换热器。室外换热器总成被用作冷却模式下的冷凝器和热泵模式下的蒸发器，其用于车辆空调系统中的传热。它是制冷剂回路的一部分(空调和热泵模式)。制冷剂为r134a/r1234yf。室外换热器在制冷剂侧和空气侧之间传递热量。室外换热器在热泵模块中既承担冷凝器的功能，又同时兼顾蒸发器的功能，因此这对换热器的换热能力提出了更高的要求。双流程换热器由于结构更加紧凑以及更高的换热效能，在电动汽车热管理领域广泛使用。但是，常规的双流程换热器相变传热过程中存在流体混合不充分，边界层热阻大，换热面积小和沸腾不稳定性等问题，严重降低了相变传热性能。尤其是分液布置区域存在局部干涸，蒸汽逆流和沸腾不稳定等问题，严重限制了高性能换热器的进一步发展。

2、为满足高换热量的需求，新型换热器需要保持高效的换热效率。为了提升换热器的效率，国内外学者做了许多方面的研究，主要通过增加肋片以及优化肋片分布以增强肋效率来提升换热器整体的换热效能，例如,论文heat transfer performance ofmicrochannels with round grooves and ribs based on field synergy principleand entropy production analysis,t.hou,d.xu,n.li,z.wang,experimental heattransfer,36(1)(2023)47-74.设计了圆槽和肋条4种通道，根据场协同原理和熵增对传热特性进行了分析和比较，得出圆槽和双对称肋有着最佳的传热性能；论文thermalperformance of a plate-fin heat sink with a shiel,s.-m.chao,h.-y.li,y.-f.yen,g.-l.tsai,ieee,(2011)pp.230-234.用红外热像仪分析了散热器底座的表面温度，以确定散热器的翅片长度，间距，高度，雷诺数等对散热性能的影响，得出对于给定的翅片高度，散热性能最佳的翅片宽度随着会雷诺数的增加而增加。这些关于散热器结构方面的研究都很大程度上使得散热性能得到提升。但是对于双流程换热器强化沸腾传热性能仍旧不太清晰，另外相应的肋片结构往往会增加流动阻力，需要更多泵功驱动工质流动，因此降低了散热器的整体效率。尤其是在高热流密度条件下，常规通道壁面的工质逐渐干涸，散热效率迅速下降，在工程应用领域有着较大的限制。

技术实现思路

1、技术目的：针对上述现有换热器存在的不足，本发明公开了一种能大大提高换热器的热有效性，对换热器表面温度精确进行控制调节的室外换热器及具有该换热器的两相流调控系统和调控方法。

2、技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种室外换热器，其特征在于，包括相对设置的进出液集流管和分流集流管，在进出液集流管和分流集流管之间通过换热管相连通，所述进出液集流管内设置分区隔片，沿进出液集流管的长度方向将换热器分成第一流程区域和第二流程区域，进出液集流管在与第一流程区域对应位置设置用于将进液分流至对应换热管的开孔分流板，分流集流管在与第二流程区域对应位置设置用于将液体分流至第二流程区域换热管的分流隔片。

4、优选地，本发明的开孔分流板上开设分流孔，分流孔嵌入进出液集流管内，所述分流孔的数量为其中n1为第一流程区域内的换热管数量，分流孔的孔径为d，d＝w,w为相邻两个换热管之间的壁厚。

5、优选地，本发明的分流隔片以分流集流管上第一流程区域和第二流程区域的分界点为起点按照等间距进行排布，分流隔片的数量为n2，n2≥2，排布间距为l，n2l＝l，其中l为第二流程区域的高度。

6、优选地，本发明的分流隔片的孔径相邻分流隔片孔径大小比为h为换热管内部流道的高度。

7、优选地，本发明的换热管采用扁管结构，在内部沿长度方向设置若干冷却液流道，所述冷却液流道的横截面设置能够对冷却液进行扰动的微结构，所述微结构为三角肋、圆肋或者方肋。

8、本发明公开一种换热器两相流调控系统，使用上述的室外换热器，包括与换热器连接形成两相流体回路的冷凝器、储液罐和机械泵，所述机械泵与换热器的工质进口相连接，冷凝器与换热器的工质出口相连接，冷凝器并联有用于与工质蒸汽换热的恒温水浴，通过机械泵提供两相流体回路的循环动力；在两相流体回路上设置用于对换热器温度与压力变化数据进行采集的数据采集仪以及用于对两相流体回路换热器温度进行调控的控制装置。

9、优选地，本发明的控制装置包括两相流体回路工况进行调节的主控单元，主控单元设置用于检测两相流体回路扰动的状态观测器；所述主控单元与机械泵电连接，对两相流体回路的流量进行调整。

10、本发明还公开一种换热器两相流调控系统的调控方法，通过状态观测器检测两相流体回路的流量、压力和冷凝器冷凝效率，将流量、压力和冷凝器冷凝效率的变化对换热器造成的扰动进行估计，通过主控单元调节两相流体回路的工质循环流量和冷凝器的冷却流量，对换热器的温度进行控制；所述主控单元的控制模型为：y＝g(x)+bu+d，其中y表示微通道换热器表面温度，u表示机械泵转速，b表示控制参数；d表示控制系统受到的扰动；g(x)表示两相回路系统的动态特性，构建的状态观测器为：其中c1表示换热器表面温度，c2表示扰动量对换热器表面温度影响的估计值；z1和z2表示观测器参数；b0表示控制参数的估计参数。

11、有益效果：本发明所提供的室外换热器及具有该换热器的两相流调控系统和调控方法具有如下有益效果：

12、1、本发明通过分区隔片将换热器分隔为第一流程区域和第二流程区域，并分别通过开孔分流板、分流隔片对相应流程区域的制冷剂进行分流，可以优化室外换热器内制冷剂分配的均匀性，提高换热能力

13、2、本发明开孔分流板上的分流孔数量、孔径和间距依据换热管进行调节，可以有效保证分流效果，提高分流的均匀性。

14、3、本发明的换热管采用扁管结构，并设置冷却流道，冷却流道的截面设置微结构，强化流体扰动，提升进入换热管的制冷剂的分布均匀性。

15、4、本发明的两相流调控系统可以根据换热器工作状态及两相换热发展阶段进行转速调控以实现控制冷却工质输送流量，在检测到两相流体回路内流动沸腾非线性和不确定性、蒸发器受到的加热负荷、冷凝器冷凝效率、储液罐内工质温度压力等扰动发生时，能够通过观测到的扰动，自动进行补偿，消除扰动对换热器的影响，实现对换热器表面温度的准确控制。

技术特征：

1.一种室外换热器，其特征在于，包括相对设置的进出液集流管(1)和分流集流管(2)，在进出液集流管(1)和分流集流管(2)之间通过换热管(3)相连通，所述进出液集流管(1)内设置分区隔片(4)，沿进出液集流管(1)的长度方向将换热器分成第一流程区域(5)和第二流程区域(6)，进出液集流管(1)在与第一流程区域(5)对应位置设置用于将进液分流至对应换热管(3)的开孔分流板(7)，分流集流管(2)在与第二流程区域(6)对应位置设置用于将液体分流至第二流程区域(6)换热管的分流隔片(8)。

2.根据权利要求1所述的一种室外换热器，其特征在于，所述开孔分流板(7)上开设分流孔(9)，开孔分流板7位于第一流程的进出液集流管的中间段，开孔分流板的长度等于第一流程的进出液集流管长度。所述分流孔(9)的数量为其中n1为第一流程区域(5)内的换热管数量，分流孔(9)的孔径为d，d＝w,w为相邻两个换热管(3)之间的壁厚。

3.根据权利要求1所述的一种室外换热器，其特征在于，所述分流隔片(8)以分流集流管(2)上第一流程区域和第二流程区域的分界点为起点按照等间距进行排布，分流隔片(8)的数量为n2，n2≥2，排布间距为l，n2l＝l，其中l为第二流程区域(6)的高度。

4.根据权利要求3所述的一种室外换热器，其特征在于，所述分流隔片(8)的孔径相邻分流隔片(8)孔径大小比为h为换热管(3)内部流道的高度。

5.根据权利要求1所述的一种室外换热器，其特征在于，所述换热管(3)采用扁管结构，在内部沿长度方向设置若干冷却液流道(10)，所述冷却液流道(10)的横截面设置能够对冷却液进行扰动的微结构，所述微结构为三角肋、圆肋或者方肋。

6.一种换热器两相流调控系统，使用权利要求1-5任一所述的室外换热器，其特征在于，包括与换热器(11)连接形成两相流体回路的冷凝器(12)、储液罐(13)和机械泵(14)，所述机械泵(14)与换热器(11)的工质进口相连接，冷凝器(12)与换热器(11)的工质出口相连接，冷凝器(12)并联有用于与工质蒸汽换热的恒温水浴(15)，通过机械泵(14)提供两相流体回路的循环动力；在两相流体回路上设置用于对换热器(11)温度与压力变化数据进行采集的数据采集仪(16)以及用于对两相流体回路换热器温度进行调控的控制装置。

7.根据权利要求6所述的一种换热器两相流调控系统，其特征在于，所述控制装置包括两相流体回路工况进行调节的主控单元(17)，主控单元(17)设置用于检测两相流体回路扰动的状态观测器(18)；所述主控单元(17)与机械泵(14)电连接，对两相流体回路的流量进行调整。

8.根据权利要求7所述的一种换热器两相流调控系统的调控方法，其特征在于，通过状态观测器检测两相流体回路的流量、压力和冷凝器冷凝效率，将流量、压力和冷凝器冷凝效率的变化对换热器造成的扰动进行估计，通过主控单元调节两相流体回路的工质循环流量和冷凝器的冷却流量，对换热器的温度进行控制；所述主控单元的控制模型为：y＝g(x)+bu+d，其中y表示微通道换热器表面温度，u表示机械泵转速，b表示控制参数；d表示控制系统受到的扰动；g(x)表示两相回路系统的动态特性，构建的状态观测器为：其中c1表示换热器表面温度，c2表示扰动量对换热器表面温度影响的估计值；z1和z2表示观测器参数；b0表示控制参数的估计参数。

技术总结本发明公开了一种室外换热器及具有该换热器的两相流调控系统和调控方法，室外换热器包括相对设置的进出液集流管和分流集流管，在进出液集流管和分流集流管之间通过换热管相连通，所述进出液集流管内设置分区隔片，沿进出液集流管的长度方向将换热器分成第一流程区域和第二流程区域，进出液集流管在与第一流程区域对应位置设置用于将进液分流至对应换热管的开孔分流板，分流集流管在与第二流程区域对应位置设置用于将液体分流至第二流程区域换热管的分流隔片。技术研发人员：李明,韩小娇,王大健,毕佳媛受保护的技术使用者：协众国际热管理系统（江苏）股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/9