CN103687454A

CN103687454A - 储能装置散热系统

Info

Publication number: CN103687454A
Application number: CN201310731860.8A
Authority: CN
Inventors: 孙帮成; 李明高; 李明; 韩璐; 石俊杰; 刘斌; 邵楠
Original assignee: Tangshan Railway Vehicle Co Ltd
Current assignee: CRRC Tangshan Co Ltd
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2014-03-26

Abstract

本发明提供一种储能装置散热系统，包括：多个传热片、导热填充物和石蜡；所述导热填充物为蜂窝结构；多个所述传热片组成密闭的容腔，所述容腔内填充所述导热填充物，所述导热填充物与所述容腔的缝隙内填充所述石蜡。本发明的储能装置散热系统，满足了轻轨车辆散热系统在密封状态下高散热性能的需要，同时还具有较小的体积，而且能够迅速的吸收储能装置散发的热量。

Description

储能装置散热系统

技术领域

本发明涉及热交换设备制造技术，尤其涉及一种储能装置散热系统，属于轨道交通储能装置散热系统技术领域。

背景技术

城市轻轨车辆内均设置有储能装置，以用于在未架设电网线路的区段正常行驶；储能装置一般采用蓄电池和/或超级电容，用于给轻轨车辆提供行驶动力来源。但储能装置在充放电过程中发热很大，如不及时散去热量，将会影响轻轨车辆的正常工作。

现有技术中对储能装置散热系统一般有两种。第一种散热系统为风冷散热系统；即，将储能装置固定于风冷箱内，通过自然风或者风扇冷却散热。由于风冷必须要与外界空气进行热交换，所以风冷箱不可能采用防护等级较高的全密封结构，也不能在冬夏季节的极端气温下使用；同时，为保证风冷的散热效果，储能装置每个散热单元之间必然要留有较大的空隙，从而使整个散热系统体积增大，占用了较多的车内空间。

现有技术中另一种散热系统是采用水冷散热；即，电源箱内固定有储能装置和水冷系统的蒸发器，水冷系统的蒸发器用于给储能装置降温；虽然水冷散热系统可以使整个水冷散热系统做到全密封，而且散热效果较好，但由于水冷系统结构和控制较为复杂，自身重量和耗电量大，会影响轻轨车辆的动力性能。

总之，现有技术中的储能装置散热系统，在满足高效散热的要求下，就难以达到高防护等级、不影响车辆动力性能和较小的体积这三个条件。

发明内容

为解决现有技术中轻轨车辆的储能装置散热系统，在高防护等级、不影响车辆动力性能和较小的体积的条件下，不能够有效散热的技术问题；本发明提供一种储能装置散热系统，包括：多个传热片、导热填充物和石蜡；所述导热填充物为蜂窝结构；

多个所述传热片组成密闭的容腔，所述容腔内填充所述导热填充物，所述导热填充物与所述容腔的缝隙内填充所述石蜡。

本发明的储能装置散热系统，由于采用石蜡的相变吸热原理，从而使整个散热系统可以设置在一个密闭的空间内，满足了高防护等级和散热的需要；同时，石蜡和导热填充物共同填充在传热片形成的密闭容腔内，传热片可以使外部热量通过导热填充物迅速均匀的传递给石蜡，从而使容腔内的所有石蜡同时参与相变吸热，这样储能装置散发的热量就能通过石蜡的相变作用迅速吸收；另外，由于容腔内的所有石蜡同时参与相变吸热，故容腔的体积可以较小，从而使整个散热系统的体积大大缩小。

附图说明

图1为本发明实施例的储能装置散热系统结构图。

具体实施方式

图1为本发明实施例的储能装置散热系统结构图，本实施例提供的储能装置散热系统，包括：多个传热片1、导热填充物2和石蜡3；导热填充物2为蜂窝结构，即导热填充物2为多空隙且具有导热作用的材料；多个传热片1组成密闭的容腔，该容腔内填充导热填充物2，导热填充物2与容腔的缝隙内填充石蜡3。具体的，在本实施例中，每个传热片1上可以开设凹槽或者凹陷，每个凹槽或凹陷的开口与相邻传热片1上的凹槽或凹陷的开口相贴合，在相邻两个传热片互相压紧的情况下，两个传热片之间自然形成密闭的空腔。当然上述只是本实施例的优化方案，具体实施过程中，只要保证填充物和石蜡能够被整体填装在一个可导热的密闭空腔内，都属于本发明的保护范围。例如，将多个传热片1依次焊接制成矩形板、圆管等其他任意形状。

石蜡为一种固/液相变储热介质，属于常温下的一种相变材料；石蜡从固相熔化为液相过程中，可以从环境吸收热量；而当其从液相凝结为固相过程中，又可以向环境释放出热量的特性，达到热量的储存和释放目的。而且，石蜡具有合适的熔点，相变潜热大，可靠的凝固特性，在相变期间的容积变化小，在其熔点附近的蒸汽压低，在很大的温度范围内其热稳定性好，与金属接触无腐蚀性，没有过冷现象

本实施例中，由于采用石蜡的相变吸热原理，从而使整个散热系统不需要借助外界的热交换设备，能够使整个散热系统设置在一个密闭的空间内，从而满足了轻轨车辆散热系统高防护等级需要；同时，石蜡和导热填充物共同填充在传热片形成的密闭容腔内，传热片可以使外部热量通过导热填充物迅速均匀的传递给石蜡，从而使容腔内的所有石蜡同时参与相变吸热，这样储能装置散发的热量就能通过石蜡的相变作用迅速吸收；另外，由于容腔内的所有石蜡同时参与相变吸热，故容腔的体积可以较小，从而使整个散热系统的体积大大缩小。本实施例提供的储能装置散热系统，在工作过程中由于石蜡只发生物理状态的转变，无运动件，所以运行和维护成本低；而且，由于轻轨车辆的储能装置属于短时、周期性工作的大功率设备，单位时间内放热量很大，本实施例的储能装置散热系统能够有效的解决储能装置的温度控制问题。

在上述实施例的基础上，进一步的，本实施例的储能装置散热系统还可以包括：箱体和储能装置5；传热片1固定于箱体内，传热片1上设置有用于固定储能装置5的固定板4。一般情况下，为满足高防护等级需要，箱体均为密闭箱体；但在不需要高防护等级的使用环境下，本实施例也可以与其他散热方式共同工作。当然，本发明实施例中的固定板4也是导热材料制成，起到将储能装置5散发的热量传递给传热片1的作用。固定板4也可以与传热片1一体化制造，以增大传热面积。图1中，储能装置5的其中一个侧面与固定板4相接触，实际应用中，为提高传热效果，储能装置5所有表面均可以与固定板4和/或传热片1相接触，以进一步提高传热效率。实际应用中，本实施例的储能装置散热系统还可以采用模块化设计，每个散热模块包括：多个传热片1、导热填充物2和石蜡3；具体的结构关系参见图1，每个散热模块均匀排列在箱体内，相邻散热模块之间为电池仓或者电容仓，电池仓或者电容仓用于安装储能装置5。

在上述实施例的基础上，进一步的，箱体内还可以设置有强迫冷却风机，利用强迫风冷增强箱体内部空气流动以提高散热效率。

在上述实施例的基础上，进一步的，本实施例的储能装置散热系统还可以包括：空调蒸发器；空调蒸发器固定于箱体内，并与传热片1相接触。本实施例的空调蒸发器一般为车内空调系统自带的蒸发器，主要用于在轻轨车辆长时间运作后，为本实施例的散热系统进行降温，以使本实施例的散热系统获得更长的连续工作时间；由于使用车内空调系统自带的蒸发器，从而使本发明的散热系统不增加额外的重量，不影响整个车辆的动力性能。当然，本发明实施例中，空调蒸发器可以不与传热片1相接触，而通过蒸发器上设置的风机来使箱体的温度降低，进而起到加强箱体散热效率和延长工作时间的目的。额外的冷却装置（空调蒸发器或者风机或自然风等）一般只在车辆与接触网运行时进行冷却工作，而在储能装置为车辆提供动力时，除非本实施例的散热系统温度过高影响运行，否则都不采用储能装置为额外冷却装置供电。

在上述实施例的基础上，进一步的，传热片1优选采用折叠传热片或波纹传热片，以增大传热片1的表面积，同时还可以在石蜡相变时，缓解容腔体积的变化。同时，本实施例中的储能装置5，一般为电池和/或电容。

在上述实施例的基础上，更优化的，导热填充物2为泡沫金属制成，泡沫金属一般为泡沫铜或泡沫铝，优选采用泡沫铜，且泡沫金属之间的空隙可以浸入石蜡3。同样，石蜡3一般为十四烷（C₁₄H₃₀）、十六烷（C₁₆H₃₄）、十八烷（C₁₈H₃₈）、二十烷（C₂₀H₄₂）、二十二烷（C₂₂H₄₆）、二十四烷（C₂₄H₅₀）和二十六烷（C₂₆H₅₄）中的任意一种或任意一种以上的组合。石蜡3优选采用二十烷（C₂₀H₄₂）和二十二烷（C₂₂H₄₆）中任意一种或两者的组合，最优方案为两者组合后的混合石蜡。

在本实施例中；若导热填充物2采用泡沫铜；石蜡3采用十八烷，十八烷熔点是28.2℃（纯度99.9%±0.08），熔化潜热是237kJ/kg，导热系数在28℃下为0.150W/(m·℃)；以散热面积22m²（即传热片1的面积为22m²）计算，储能装置5在环境温度45℃条件下工作时，本实施例储能装置散热系统的散热功率为1kW。石蜡采用二十烷（C₂₀H₄₂）和/或二十二烷（C₂₂H₄₆）时，散热功率会更高。

假设环境温度为38℃的情况下，十八烷与环境温度温差为10℃，本实施例储能装置散热系统的散热系数K=10W/(m²·K)（即，自然对流换热系数约为10W/(m²·K)，当在箱体内加装强迫冷却风机后，强迫对流换热系数约为100W/(m²·K)；本实施例储能装置散热系统的散热功率为Q=K×F×△t=10×22×10=2.2kW。本发明实施例的散热系统比现有技术中风冷散热装置的效率要高2倍左右。加装强迫冷却风机后，则本发明实施例的冷却效率较风冷散热装置要高10倍以上。而且，在石蜡采用十八烷后，可供本发明实施例的散热系统工作10小时以上，且石蜡不会发生全部相变。

采用本发明实施例的散热系统，石蜡吸收热量后的相变传热片1的温度不会高于箱体内部环境温度，不影响储能装置的储存。而且，本实施例的箱体无需冷却风道，且不再包含冷却风机及过滤网等部件，节省了箱体空间。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种储能装置散热系统，其特征在于，包括：多个传热片、导热填充物和石蜡；所述导热填充物为蜂窝结构；

2.根据权利要求1所述的储能装置散热系统，其特征在于，所述系统还包括：箱体和储能装置；所述传热片固定于所述箱体内，所述传热片上设置有用于固定所述储能装置的固定板。

3.根据权利要求2所述的储能装置散热系统，其特征在于，所述箱体内设置有强迫冷却风机。

4.根据权利要求2所述的储能装置散热系统，其特征在于，所述系统还包括：空调蒸发器；所述空调蒸发器固定于所述箱体内，并与所述传热片相接触。

5.根据权利要求2所述的储能装置散热系统，其特征在于，所述箱体为密闭箱体。

6.根据权利要求1-5任一所述的储能装置散热系统，其特征在于，所述导热填充物为泡沫金属。

7.根据权利要求6所述的储能装置散热系统，其特征在于，所述泡沫金属为泡沫铜或泡沫铝。

8.根据权利要求1-5任一所述的储能装置散热系统，其特征在于，所述石蜡为十四烷、十六烷、十八烷、二十烷、二十二烷、二十四烷和二十六烷中的任意一种或任意一种以上的组合。

9.根据权利要求1-5任一所述的储能装置散热系统，其特征在于，所述传热片为折叠传热片或波纹传热片。

10.根据权利要求2-5任一所述的储能装置散热系统，其特征在于，所述储能装置为电池和/或电容。