一种冷媒直冷气液混合管路及制造方法与流程

本发明属于电池储能，具体地说涉及一种冷媒直冷气液混合管路及制造方法。

背景技术：

1、目前的直冷气液冷却技术采用液冷节流元件以节流降压，从而引入湍流效应混合气液，再通过分液头均匀分液，提高换热性能。

2、现有的冷媒直冷气液冷却技术中，例如，中国发明专利：一种用于储能温控系统的直冷热泵空调系统，授权公告号：cn119713643b，公开了：包含：压缩机、四通阀、第一支路、第二支路和液冷装置，其中压缩机排气孔和四通阀第一阀口连接，压缩机吸气孔和四通阀第一阀口连接，第二、四阀口分别与第一支路、第二支路连通，第一支路连接液冷装置的一端，第二支路连接另一端，通过四通阀切换，控制从压缩机的排气孔流出的冷媒流向第一支路或第二支路，液冷装置内部包含液冷节流元件、分液器、电池、冷板、管路等组成元件，并进行均液设计，主要通过节流元件来控制主路流量大小，以控制冷媒分液均匀降温电池。

3、上述现有技术存在以下问题：

4、采用现有技术的方式进行冷媒混合，冷媒在节流后直接进入分液器，此时气液两相流处于分层或分布不均的状态，导致进入分液器时两相的流速不均、相位分配不均，造成流向各个电池包液冷板的冷媒流量和干度不一致，影响散热均匀性。

5、又例如，中国发明专利：一种油气均化器，申请公布号：cn121016541a，公开了包括：液管分为通气区与混合区；通气管总管的第一端位于液管的外侧，第二端贯穿液管的管壁并延伸至液管的内部，并设置有分散板；多根通气管支管均布在分散板上，且第一端均贯穿分散板并与通气管总管连通，第二端均位于通气区，且沿通气管总管的轴向延伸；其中，多根通气管支管结构相同，均为圆台形管道，通气管支管的管壁上均设置有多个小孔，外表面均设置有变螺距螺旋叶片，至少部分通气管支管的大头和小头交替布置。

6、上述现有技术存在以下问题：

7、1.其叶片为变螺距且一体形成，加工难度和精度要求较高，适配场景受到限制，需要特定精度的螺距变化才能满足特定工况要求且线性设计容易导致气液出现分层现象；

8、2.流体在螺距突变段易出现流速突变，引发压力波动、噪声且因螺距变化跨度过大，导致突变段流动阻力快速增大而形成流动死区，影响输送效率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有问题，提出一种冷媒直冷气液混合管路及制造方法，解决现有技术中电池包液冷板的冷媒流量和干度不一致，突变段流动阻力快速增大而形成流动死区，影响散热均匀性的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种冷媒直冷气液混合管路，其特征在于：包括依次固定连接的分液管路、整流芯分液头、第一竖升分配总管、气液混合器和第二竖升分配总管；所述气液混合器包括气液混合外筒和固定套设在混合外筒内部的混合组件；所述混合组件包括沿冷媒流向依次固定首尾连接的第四混合装置、第三混合装置、第二混合装置和第一混合装置；所述第一混合装置由对称的叶片和中轴杆构成且叶片顺时针扭转；第二混合装置由对称的叶片和中轴杆构成且叶片逆时针扭转；第三混合装置由对称的叶片和中轴杆构成且叶片顺时针扭转；第四混合装置由对称的叶片和中轴杆构成且叶片逆时针扭转；所述第一混合装置与第二混合装置流道对口方向和第二混合装置与第三混合装置的流道对口方向相反；第二混合装置与第三混合装置流道对口方向和第三混合装置与第四混合装置流道对口方向相反。

4、所述气液混合器为一个或多个；当气液混合器为一个时，所述气液混合器一端的连接头与液压接头螺纹或法兰连接，液压接头螺纹或法兰连接第一竖升分配总管的一端，第一竖升分配总管的另一端螺纹或法兰连接整流芯分液头，整流芯分液头螺纹或法兰连接分液管路，分液管路上螺纹或法兰连接电池包的直冷板；气液混合器一端的连接头与液压接头螺纹或法兰连接，液压接头螺纹或法兰连接第二竖升分配总管的一端，第二竖升分配总管的另一端螺纹或法兰连接直冷机组；当气液混合器为多个时，最左侧的气液混合器一端的连接头与液压接头螺纹或法兰连接，液压接头螺纹或法兰连接第一竖升分配总管的一端，第一竖升分配总管的另一端螺纹或法兰连接整流芯分液头，整流芯分液头螺纹或法兰连接分液管路，分液管路螺纹或法兰连接电池包的直冷板；最右侧气液混合器一端的连接头与液压接头螺纹或法兰连接，液压接头螺纹或法兰连接第二竖升分配总管的一端，第二竖升分配总管的另一端螺纹或法兰连接直冷机组；最左侧和最右侧的两个气液混合器之间的气液混合器的连接头通过液压接头相互螺纹连接。

5、所述第一混合装置通过中轴杆和两条焊接在中轴杆上顺时针平行扭转且对称的矩形叶片构成；第一混合装置将冷媒分割成两道流体。

6、所述第二混合装置通过四条焊接在中轴杆上逆时针平行扭转且相互对称的矩形叶片构成；第二混合装置将第一混合装置分割成的两道流体分割成四道流体。

7、所述第三混合装置通过中轴杆和两条焊接在中轴杆上顺时针平行扭转且对称的矩形叶片组成；第三混合装置通过相反的流道对口方向将第二混合装置分割的四道流体混合。

8、所述第四混合装置通过中轴杆和六条焊接在中轴杆上逆时针平行扭转且相互对称的矩形叶片组成；第四混合装置将第三混合装置混合的流体分割为六道流体并输出。

9、所述第一混合装置的矩形叶片扭转角度大于等于90度；第二混合装置的矩形叶片扭转角度大于等于90度；第三混合装置的矩形叶片扭转角度大于等于90度；第四混合装置的矩形叶片扭转角度大于等于90度。

10、所述第一混合装置、第二混合装置、第三混合装置和第四混合装置的矩形叶片扭转角度相同。

11、所述气液混合外筒长度l大于等于3倍管径d。

12、所述整流芯分液头流道面积大于等于1.2倍气液混合器液压接头流道面积。

13、一种冷媒直冷气液混合管路制造方法，其特征在于：具体步骤如下：

14、步骤s1：对冷媒直冷气液混合管路运转过程进行周期性优化迭代得到分液管路尺寸；设定初始热负载工况及冷媒参数，根据初始热负载工况及冷媒参数设计均分冷媒时所需的整流芯分液头流道结构参数；

15、步骤s2：将整流芯分液头连接气液混合器，采用仿真模拟调整气液混合器关键参数测试冷媒分配情况，记录当冷媒在气液混合器中冷媒达到平均分配时，分液管路规格和气液混合器参数；

16、步骤s3：改变热负载工况和冷媒参数，重复步骤s1和步骤s2，记录不同热负载工况下分液管路规格和气液混合器的参数，建立“热负载-冷媒特性-气液混合器关键参数-整流芯分液头规格”四维关联数据库；

17、步骤s4：根据四维关联数据库数据制造的符合要求整流芯分液头和气液混合器；在整流芯分液头和气液混合器上预留与第一竖升分配总管和第二竖升分配总管匹配的标准化接口，并将整流芯分液头、分液管路、气液混合、第一竖升分配总管和第二竖升分配总管进行组装，完成冷媒直冷气液混合管路制造。

18、所述周期性优化迭代，具体步骤如下：

19、步骤s1.1：采用仿真系统模拟整流芯分液头形状不变，改变整流芯分液头直径、长度，设计出在不同给定总流量下整流芯分液头出口达到均衡分配时的尺寸参数；

20、步骤s1.2：根据整流芯分液头出口达到均衡分配时的尺寸参数制作出对应的试验分液头，并对整流芯分液头进行均衡流量试验测试；

21、步骤s1.3：根据进行均衡流量试验测试结果与步骤s1.1仿真的整流芯分液头出口达到均衡分配时的尺寸参数的偏差，优化尺寸，重新代入步骤s1.1进行仿真循环；当均衡流量试验测试结果与步骤s1.1仿真的整流芯分液头出口达到均衡分配时的尺寸参数偏差占比小于4%~6%时，认为收敛，输出分液管路的分液头出口最终尺寸。

22、所述均衡流量试验测试为在整流芯分液头入口端给定特定流量，整流芯分液头各出口端各连接一个流量传感器，稳定通入流量一段时间，测量传感器读数，对比与仿真的整流芯分液头的出口均衡分配时流量是否相同。

23、所述步骤s1中整流芯分液头流道结构参数包括流道截面尺寸、孔径分布和分流支路数量。

24、所述步骤s1中冷媒参数包括冷媒类型和气液比。

25、所述步骤s2中气液混合器参数包括长度、管径、矩形叶片角度和矩形叶片数量。

26、所述步骤s2中，仿真模拟，具体步骤如下：

27、步骤s2.1：在不同给定仿真总流量下，调整气液混合器参数，记录仿真环境下冷媒重新达到平均分配时仿真整流芯分液头出口流量、整流芯分液头规格和气液混合器参数；

28、步骤s2.2：根据冷媒重新达到平均分配时气液混合器参数制造出气液混合器，给定不同的气液混合器入口总流量测试出各个整流芯分液头出口流量，当实际整流芯分液头出口流量和仿真整流芯分液头出口流量的偏差占比小于4%~6%时，认为收敛，输出最终尺寸；否则，优化气液混合器尺寸，重新进行仿真。

29、采用本发明的优点在于：

30、一、与现有技术相比，本发明的气液混合器采用第一混合装置、第二混合装置、第三混合装置和第四混合装置的组合方式，将非线性流道分割及旋向的交替变化设计，充分对冷媒进行搅拌预混，辅助分液头进行冷媒干度分配和流量分配，减小气相和液相因流速不均、相位分配不均带来的分配差异。

31、二、与现有技术相比，本发明的第一混合装置、第二混合装置、第三混合装置和第四混合装置采用了顺时针两片扇叶、逆时针4片扇叶、顺时针两片扇叶，逆时针6片扇叶的组合方式，将非线性流道进行分割。这种设计打破了常规螺旋流道的周期性运动，把气态和液态冷媒反复折叠，确保流进每一个分液管路的冷媒状态是完全一样的，从而保证所有电池包降温一致。

32、三、本发明建立了包含热负载-冷媒特性-气液混合器关键参数-整流芯分液头规格的四维数据库，只需要根据数据库查询，微调混合器的叶片角度或更换对应的分液头模块，极大地延长了系统的使用寿命。

33、四、气液混合外筒的长度l大于等于3倍管径d，在保证混合均匀的前提下，减少了不必要的压力损失，使得冷媒输送更顺畅，有助于提升整个储能温控系统的能效比。