一种泵驱两相流热控系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术属于热管理技术领域，公开了一种泵驱两相流热控系统及其控制方法；所述泵驱两相流热控系统中，压缩机经气体冷却器与三通比例调节阀的第一接口相连通，三通比例调节阀的第二接口经均温回热器的第一换热通道与节流阀的进口相连通，三通比例调节阀的第三接口与节流阀的进口相连通；节流阀的出口与储液罐的第一进口相连通，储液罐的气体出口与压缩机相连通，储液罐的液体出口依次经泵、均温回热器的第二换热通道、冷却模块与储液罐的第二进口相连通；冷却模块包括一个或多个冷却支路。本发明专利技术可以解决现有技术中两相流热控系统高热流密度下冷却能力不足，以及温度均匀性不能达到预期的技术问题。预期的技术问题。预期的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种泵驱两相流热控系统及其控制方法


[0001]本专利技术属于热管理
，特别涉及一种泵驱两相流热控系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]电子设备的工作温度大多有一定限制，需要控制各个器件元件的温度，以防止设备发生故障；因此，热控制系统的概念被提出，用以实现对温度要求较高的部件进行温度控制。
[0003]随着电子器件功能和复杂性的提高，部件的集成度不断提高，散热需求也越来越高，现有的被动热控系统已不能满足电子设备热管理需求；解释性的，被动热控系统存在不能自动调节温度，毛细泵回路驱动力不足等问题。
[0004]机械泵驱动的两相流冷却回路系统，以其优越的稳定性、较长的传动距离和较高的温度控制精度，成为了冷却技术研究领域的热点；示例性的，如在航空航天领域；研究表明，泵驱两相流热控系统，在冷却性能、系统尺寸及泵功消耗上均优于水冷系统。
[0005]另外，由于电子设备发热器件的特殊性及对工作温度的要求，需要对多点的热源进行及时散热并保证温度的均匀性。相对于单相水路系统，由于两相蒸发器中制冷剂温度几乎不变，在温度均匀性及换热能力有较大提升。
[0006]然而，现有技术对于温度均匀性的控制逻辑并不完善，由于两相态制冷剂温度与压力一一对应，一般使用换热器压力控制与功率控制相结合的方法。目前现有控制方法，低负荷下温度均匀性可达到预期效果，<
±
1℃；高负荷下容易出现温度失控现象；再有，由于电子器件的集成化，对冷却的热流密度要求也越来越高，大于10W/cm2，在现有系统基础上提高系统高热流密度下冷却效果也是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种泵驱两相流热控系统及其控制方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本专利技术提供的技术方案，可以解决现有技术中两相流热控系统高热流密度下冷却能力不足，以及温度均匀性不能达到预期的技术问题。
[0008]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]本专利技术提供的一种泵驱两相流热控系统，包括：压缩机、气体冷却器、三通比例调节阀、均温回热器、节流阀、储液罐、泵和冷却模块；
[0010]所述压缩机的出口经所述气体冷却器与所述三通比例调节阀的第一接口相连通，所述三通比例调节阀的第二接口经所述均温回热器的第一换热通道与所述节流阀的进口相连通，所述三通比例调节阀的第三接口与所述节流阀的进口相连通；
[0011]所述节流阀的出口与所述储液罐的第一进口相连通，所述储液罐的气体出口与所述压缩机的进口相连通，所述储液罐的液体出口依次经所述泵、所述均温回热器的第二换热通道、所述冷却模块与所述储液罐的第二进口相连通；
[0012]其中，所述冷却模块包括一个或多个冷却支路，所述冷却支路包括换热冷板和调
节阀。
[0013]本专利技术提供的一种泵驱两相流热控系统的控制方法，包括以下步骤：
[0014]获取所述泵驱两相流热控系统工作时的参数状态空间；
[0015]将所述参数状态空间输入预测控制模型，获得作为控制目标的整体工质流量预测值、冷却模块的进口干度预测值以及各冷却支路的出口干度预测值；
[0016]基于所述作为控制目标的整体工质流量预测值，控制泵的转速；基于作为控制目标的冷却模块的进口干度预测值以及各冷却支路的出口干度预测值，控制三通比例调节阀的开度以及各冷却支路的调节阀的开度。
[0017]本专利技术控制方法的进一步改进在于，所述参数状态空间表示为，
[0018][0019]式中，P3为系统低压压力；D
Plate,i
为第i冷却支路的换热冷板的特征截面尺寸；L
Plate,i
为第i冷却支路的换热冷板的特征长度；为第i个冷却支路的制冷剂流量；U
i
为第i个冷却支路的散热功率；W
i
为第i个冷却支路的发热功率；x
in
为冷却模块制冷剂进口干度；x
out，i
为第i个冷却支路制冷剂出口干度；α
target
为温度均匀性目标；T
Component，i
为被控部件温度。
[0020]本专利技术控制方法的进一步改进在于，
[0021]所述冷却模块制冷剂进口干度通过其焓值反算，焓值计算表达式为，
[0022][0023]所述第i个冷却支路制冷剂出口干度通过其焓值反算，焓值计算表达式为，
[0024][0025]式中，H
in
为冷却模块进口制冷剂焓值；H
out，i
为第i冷却支路制冷剂出口焓值；为流经回热器高压制冷剂质量流量；T1为回热器高压进口制冷剂温度；P1为回热器高压进口制冷剂压力；T2为回热器高压出口制冷剂温度；P2为回热器高压出口制冷剂压力；为泵驱回路制冷剂流量；P3为系统低压压力；U
i
为第i个冷却支路的散热功率；为第i个冷却支路制冷剂流量。
[0026]本专利技术控制方法的进一步改进在于，
[0027]所述模型预测控制器为用于热管理系统中的模型预测控制器，还包括下述控制逻辑：
[0028]x
heat_transfer
＝f(P3，D
Plate，i
，L
Plate，i
，W
i
)；
[0029]x
optimal
＝[x
optimai，in
，x
optimai，out
]；
[0030][0031]x
optimal
＝α
TemUni，i
·
x
heat_transfer
；
[0032]N
pump
＝f(T
Component，i
，x
in，xout，i
，x
optimal
)；
[0033]式中，α
TemUni，i
为第i冷却支路被冷部件的温度均匀系数；x
heat_transfer
为根据实时参数计算出的换热系数；x
optimai
为最优进出口干度，包括最优进口干度x
optimal，in
与最优出口干度x
optimal，out
；N
pump
为最优泵转速。
[0034]本专利技术控制方法的进一步改进在于，所述基于作为控制目标的冷却模块的进口干
度预测值以及各冷却支路的出口干度预测值，控制三通比例调节阀的开度以及各冷却支路的调节阀的开度的步骤包括：
[0035]基于作为控制目标的冷却模块的进口干度预测值，通过进口干度PI控制器控制三通比例调节阀的开度，以使得冷却模块制冷剂进口干度的计算值趋近所述进口干度预测值；
[0036]基于作为控制目标的各冷却支路的出口干度预测值，通过各冷却支路的出口干度P本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种泵驱两相流热控系统，其特征在于，包括：压缩机(1)、气体冷却器(2)、三通比例调节阀、均温回热器(3)、节流阀(4)、储液罐(5)、泵(6)和冷却模块(7)；所述压缩机(1)的出口经所述气体冷却器(2)与所述三通比例调节阀的第一接口相连通，所述三通比例调节阀的第二接口经所述均温回热器(3)的第一换热通道与所述节流阀(4)的进口相连通，所述三通比例调节阀的第三接口与所述节流阀(4)的进口相连通；所述节流阀(4)的出口与所述储液罐(5)的第一进口相连通，所述储液罐(5)的气体出口与所述压缩机(1)的进口相连通，所述储液罐(5)的液体出口依次经所述泵(6)、所述均温回热器(3)的第二换热通道、所述冷却模块(7)与所述储液罐(5)的第二进口相连通；其中，所述冷却模块(7)包括一个或多个冷却支路，所述冷却支路包括换热冷板和调节阀。2.一种权利要求1所述的泵驱两相流热控系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：获取所述泵驱两相流热控系统工作时的参数状态空间；将所述参数状态空间输入预测控制模型，获得作为控制目标的整体工质流量预测值、冷却模块的进口干度预测值以及各冷却支路的出口干度预测值；基于所述作为控制目标的整体工质流量预测值，控制泵的转速；基于作为控制目标的冷却模块的进口干度预测值以及各冷却支路的出口干度预测值，控制三通比例调节阀的开度以及各冷却支路的调节阀的开度。3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述参数状态空间表示为，式中，P3为系统低压压力；D
Plate,i
为第i冷却支路的换热冷板的特征截面尺寸；L
Plate,i
为第i冷却支路的换热冷板的特征长度；为第i个冷却支路的制冷剂流量；U
i
为第i个冷却支路的散热功率；W
i
为第i个冷却支路的发热功率；x
in
为冷却模块制冷剂进口干度；x
out,i
为第i个冷却支路制冷剂出口干度；α
target
为温度均匀性目标；
Component,i
为被控部件温度。4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述冷却模块制冷剂进口干度通过其焓值反算，焓值计算表达式为，所述第i个冷却支路制冷剂出口干度通过其焓值反算，焓值计算表达式为，式中，H
in
为冷却模块进口制冷剂焓值；H
out,i
为第i冷却支路制冷剂出口焓值；为流经回热器高压制冷剂质量流量；T1为回热器高压进口制冷剂温度；P1为回热器高压进口制冷剂压力；T2为回热器高压出口制冷剂温度；P2为回热器高压出口制冷剂压力；为泵驱回路制冷剂流量；P3为系统低压压力；U
i
为第i个冷却支路的散热功率；为第i个冷却支路制冷剂流量。5.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述模型预测控制器中为用于热管理系统中的模型预测控制器，还包括下述控制逻
辑：x
heat_transfer
＝f(P3,D
Plate,i
,L
Plate,i
,W
i
)；x
optimal
＝[x
optimal,in
,x
optimal,out
]；x
optimal
...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹锋，贾凡，殷翔，王谙词，何凯程，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：