复合翅片结构、散热器及燃料电池冷却系统的制作方法

文档序号:41361997发布日期:2025-03-21 15:14阅读:83来源:国知局

本发明涉及燃料电池冷却系统的,特别地涉及用于散热器的复合翅片结构、具有该复合翅片结构的散热器及具有该散热器的燃料电池冷却系统。


背景技术:

1、在燃料电池冷却系统中,冷却液流动通过在燃料电池堆的阴、阳极板之间的冷却液流道,依靠冷却液强制对流换热,将燃料电池工作过程产生的热量带走。冷却液可以是去离子水或者水和乙二醇的混合物。升温后的冷却液在散热器中散热,由此,降低冷却液的温度,接着将经冷却的冷却液送到燃料电池堆,继续对电池堆进行冷却。

2、在燃料电池冷却系统的散热器设计方面,燃料电池冷却系统较常规柴油系统冷却水系统有着很大的挑战,主要体现在以下两点:1)所需求的换热量增加。传统柴油系统的水箱换热占发动机功率的33%左右,而燃料电池系统的散热器换热量要求高达前者的两倍至三倍;2)与环境空气的换热温差减小。传统燃油车水箱水温和环境空气温度的换热温差在55度左右,而燃料电池的工作温度相对较低,燃料电池系统散热器中冷却水温度和环境空气温度的换热温差较小,在28度左右。如果继续使用传统的散热器布局和翅片形式,想要满足燃料电池的换热需求则需要更大的换热空间,就意味着燃料电池车的散热器尺寸增大,燃料电池车体积庞大且冷却系统成本更高。而且更大的散热器对于燃料电池车辆的内部空间设计而言困难进一步加大。

3、因此,本发明旨在克服上述问题中的一个或多个。


技术实现思路

1、本发明针对燃料电池的冷却问题,提出了一种改进的用于燃料电池冷却系统散热器的复合翅片结构,其能够增强散热器换热能力,以达到满足换热需求并减少散热器以及燃料电池冷却系统的尺寸(水箱大小以及风扇大小)的目的,并且降低系统成本。

2、根据本发明的一方面,提供一种用于散热器的复合翅片结构,包括彼此间隔且并行排列布置的多个细长波形翅片,相邻翅片的彼此相对的主侧面之间限定有供冷却空气沿翅片纵向从中流过的气流通道,其特征在于,所述翅片各包括具有第一波形的第一波形翅片部段和具有第二波形的第二波形翅片部段,第一波形和第二波形的延伸方向与翅片纵向一致,第一波形的翅片密度大于第二波形的翅片密度,第一波形翅片部段至少分布在各气流通道的入口侧区域。

3、有利地,第一波形的波距小于第二波形的波距,和/或第一波形的波幅大于第二波形的波幅。

4、有利地,气流通道的出口侧区域布置有第一波形翅片部段。

5、有利地,所述翅片由一个第一波形翅片部段和一个第二波形翅片部段构成,沿气流通道中空气流动方向,第一波形翅片部段布置在第二波形翅片部段的上游。

6、有利地,所述第一波形翅片部段的长度设计成占其所在的整个翅片纵向长度的1/3至1/2。

7、有利地,该复合翅片结构形成为一体部件,包括所述翅片以及位于翅片边缘侧的连接基部。

8、有利地,该一体部件整体呈脉冲波形沿翅片的排列方向延伸,其中翅片的相邻边缘侧经由在脉冲波形的波峰和波谷处的连接基部连接。

9、根据本发明的复合翅片结构利用气流通道入口侧区域换热温差一般较大的特点将换热能力更大地发挥出来,在以可接受的水平增加空气流动阻力的情况下以较大的幅度增大换热表面面积和换热能力,因此以极高的性价比来增加散热面积以及提高散热系数,以达到减少冷却系统的尺寸(水箱大小,风扇大小)为目的,降低成本,解决了现有燃料电池车上的冷却系统庞大且成本很高的问题。

10、根据本发明的另一方面,提供一种用于燃料电池冷却系统的散热器,包括散热器芯体,该散热器芯体包括:多个沿散热器芯体的厚度方向相间隔且并行布置的大体呈扁平状的流体管板,各流体管板中限定有多个供待冷却流体流过的流体流道;以及布置在相邻流体管板之间的翅片组,所述翅片组具有上述的复合翅片结构。

11、有利地,流体流道沿散热器芯体的长度方向延伸,气流通道在散热器芯体的长度方向上并排布置。

12、根据本发明的另一方面,提供一种燃料电池冷却系统,包括燃料电池和构造用于冷却燃料电池的散热器,所述燃料电池和所述散热器流体连接以形成冷却液在其中循环的冷却回路,其特征在于,所述散热器为上述的散热器,冷却液作为待冷却流体流入散热器芯体的流体管板中限定的流体流道。

13、根据本发明的燃料电池冷却系统,在以可接受的程度增加空气流动阻力的情况下增加换热表面面积,有效提高了散热器的散热能力,有利于减小散热器以及整个燃料电池冷却系统的尺寸并降低系统成本。



技术特征:

1.一种用于散热器的复合翅片结构,包括彼此间隔且并行排列布置的多个细长波形翅片,相邻翅片的彼此相对的主侧面之间限定有供冷却空气沿翅片纵向从中流过的气流通道,其特征在于,所述翅片各包括具有第一波形的第一波形翅片部段和具有第二波形的第二波形翅片部段,第一波形和第二波形的延伸方向与翅片纵向一致,第一波形的翅片密度大于第二波形的翅片密度,第一波形翅片部段至少分布在各气流通道的入口侧区域。

2.根据权利要求1所述的复合翅片结构,其特征在于,第一波形的波距小于第二波形的波距,和/或第一波形的波幅大于第二波形的波幅。

3.根据权利要求2所述的复合翅片结构,其特征在于,气流通道的出口侧区域布置有第一波形翅片部段。

4.根据权利要求1或2所述的复合翅片结构,其特征在于,所述翅片由一个第一波形翅片部段和一个第二波形翅片部段构成,沿气流通道中空气流动方向,第一波形翅片部段布置在第二波形翅片部段的上游。

5.根据权利要求4所述的复合翅片结构,其特征在于,所述第一波形翅片部段的长度设计成占其所在的整个翅片纵向长度的1/3至1/2。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的复合翅片结构,其特征在于,该复合翅片结构形成为一体部件,包括所述翅片以及位于翅片边缘侧的连接基部。

7.根据权利要求6所述的复合翅片结构,其特征在于,该一体部件整体呈脉冲波形沿翅片的排列方向延伸,其中翅片的相邻边缘侧经由在脉冲波形的波峰和波谷处的连接基部连接。

8.一种用于燃料电池冷却系统的散热器,包括散热器芯体,该散热器芯体包括:多个沿散热器芯体的厚度方向相间隔且并行布置的大体呈扁平状的流体管板,各流体管板中限定有多个供待冷却流体流过的流体流道;以及布置在相邻流体管板之间的翅片组,所述翅片组具有根据权利要求1-7中任一项所述的复合翅片结构。

9.根据权利要求8所述的散热器,其特征在于,流体流道沿散热器芯体的长度方向延伸,气流通道在散热器芯体的长度方向上并排布置。

10.一种燃料电池冷却系统,包括燃料电池和构造用于冷却燃料电池的散热器,所述燃料电池和所述散热器流体连接以形成冷却液在其中循环的冷却回路,其特征在于,所述散热器为根据权利要求8或9所述的散热器,冷却液作为待冷却流体流入散热器芯体的流体管板中限定的流体流道。


技术总结
本发明涉及一种用于散热器的复合翅片结构,包括彼此间隔且并行排列布置的多个细长波形翅片,相邻翅片的彼此相对的主侧面之间限定有供冷却空气沿翅片纵向从中流过的气流通道,其特征在于,所述翅片各包括具有第一波形的第一波形翅片部段和具有第二波形的第二波形翅片部段,第一波形和第二波形的延伸方向与翅片纵向一致,第一波形的翅片密度大于第二波形的翅片密度,第一波形翅片部段至少分布在各气流通道的入口侧区域。本发明还涉及具有所述复合翅片结构的散热器以及具有该散热器的燃料电池冷却系统。

技术研发人员:余雷,刘更新,田国平,王玉梅,王悦柔
受保护的技术使用者:卡特彼勒公司
技术研发日:
技术公布日:2025/3/20
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