CN106910960A - 一种航空用燃料电池系统散热器及航空用燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

一种航空用燃料电池系统散热器，包括N层层状叠合的瓦楞片，N为大于等于2的自然数；瓦楞片的二侧表面上分别均带有交替间隔的楞和槽，所述相邻的瓦楞片层间通过楞焊接形成N-1层的孔道结构，所述相邻的瓦楞片层间通过楞焊接是指下层瓦楞片上表面的楞与上层瓦楞片下表面的楞一一对应焊接；所述散热器还包括设置于孔道两端的密封封头，密封封头与孔道的开口端间留有空隙；所述一密封封头上设置有一散热工质入口，另一密封封头上设置有一散热工质出口。与现有技术相比，本发明所述散热器结构简单，不需要另加风扇；同时散热器散热片的形制为薄板板状瓦楞片，利用航空飞行的气流增加散热表面的空气湍流，不仅散热效果好而且不增加飞机的飞行阻力。

Description

一种航空用燃料电池系统散热器及航空用燃料电池系统
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体的说涉及一种航空用燃料电池系统散热器。
背景技术
当今燃料电池技术的系统效率为25％-60％，因此40％-75％的燃料内能需要通过散热器向环境中排放，才能维持整个燃料电池系统的等温运行。这对燃料电池的散热系统提出了很高的要求，尤其是便携式燃料电池系统，更轻、更紧凑的散热器设计将大大提高电池系统的能量和功率密度。
供给小型飞行器动力的燃料电池系统的散热器普遍采用翅片管散热器或板翅式散热装置，需要配备风扇，增加电池系统的内耗且散热片本身厚重的金属材质增加系统重量。类似的翅片散热器还存在与热源较远的翅片与环境温差小，导致散热片的面积利用率低的问题。为了达到更好的散热效果，只能加大散热片的使用量，或提高散热片高度，严重浪费了金属材料，且增加了散热器的体积、重量。因此，用做航空动力的燃料电池系统内的散热器需要一种结构简单、等效热阻小、重量轻、体积小的散热器。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，发明了一种航空用燃料电池系统散热器。本发明采用以下技术方案来实现。
一种航空用燃料电池系统散热器，包括N层层状叠合的瓦楞片，N为大于等于2的自然数；瓦楞片的二侧表面上分别均带有交替间隔的楞和槽，所述相邻的瓦楞片层间通过楞焊接形成N-1层的孔道结构，所述相邻的瓦楞片层间通过楞焊接是指下层瓦楞片上表面的楞与上层瓦楞片下表面的楞一一对应焊接；所述散热器还包括设置于孔道两端的密封封头，密封封头与孔道的开口端间留有空隙；所述一密封封头上设置有一散热工质入口，另一密封封头上设置有一散热工质出口。
所述散热器瓦楞片和封头的材质为耐高温同时耐有机工质腐蚀的材料；N为大于等于2小于等于10。
所述散热器瓦楞片和封头的材质为不锈钢、铝合金、陶瓷、聚合物中的一种。
所述瓦楞片的厚度为0.05-1mm。
所述瓦楞片的瓦楞楞突起和槽凹陷垂直于孔道的截面为圆弧型，圆弧的直径尺寸小于等于5mm。
采用所述散热器的航空用燃料电池系统，包括燃料电池电堆和水热平衡部件，其特征在于：所述散热器以最小截面积的方向作为迎风面安置于一航空器机身外部，所述燃料电池电堆阴极出口与所述散热器散热工质入口相连；所述散热器散热工质出口与所述燃料电池系统水热平衡部件相连；
所述航空器工作过程中，燃料电池电堆阴极出口的散热工质经所述散热器中的散热工质入口流入所述散热器，同时航空飞行中的气流为所述流入散热器中的散热工质降温，散热后的冷凝物经所述散热器中的散热工质出口返回所述燃料电池系统水热平衡部件，实现航空用燃料电池系统的散热。
所述水热平衡部件为容器。
与现有技术相比，本发明所述散热器结构简单，不需要另加风扇，设置于航空器机体外侧，并利用飞机的航空气流冷却在机舱外悬挂的散热片，上述发明既减轻了燃料电池系统的重量，有节省航空器系统内部的体积；同时散热器散热片的形制为薄板板状瓦楞片，利用航空飞行的气流增加散热表面的空气湍流，不仅散热效果好而且不增加飞机的飞行阻力。
附图说明
图1瓦楞散热器原理示意图；
图2燃料电池用瓦楞散热器在飞机上的布置方式示意；
其中，1.空气湍流；2.散热片；3.燃料电池出口物料；4.燃料电池；5.航空器。
具体实施方式
实施例
如图2所示，一种航空器用直接甲醇燃料电池系统的散热器，包括3层叠合的瓦楞片和设置于3层叠合的瓦楞片两端的密封封头；所述两封头上分别设置有一散热工质入口和一散热工质出口。所述散热器封头的材质为不锈钢。所述瓦楞片为不锈钢薄片冲压而成，厚度为0.1mm。所述瓦楞片的瓦楞突起为圆弧型，圆弧的直径尺寸为5mm。直接甲醇燃料电池电堆阴极出口的高温饱和空气流经过瓦楞散热器内部，在该瓦楞散热器内壁面经相变传热和对流传热将燃料电池系统多余的热量传出到瓦楞散热器外壁面。来自燃料电池的高温流体经散热器散热后回流入燃料电池系统气液分离器中，完成一个热循环。当飞机飞行时，瓦楞散热器外壁面两侧的高速湍流增加了金属散热片和空气之间的对流传热系数，不会对飞机的空气动力造成影响。热工质过饱和的湿热空气以50-160摄氏度进口，流量为10-150L/min，经散热器得到30--80摄氏度的冷却空气及冷凝水。

Claims (7)

1.一种航空用燃料电池系统散热器，其特征在于：包括N层层状叠合的瓦楞片，N为大于等于2的自然数；瓦楞片的二侧表面上分别均带有交替间隔的楞和槽，所述相邻的瓦楞片层间通过楞焊接形成N-1层的孔道结构，所述相邻的瓦楞片层间通过楞焊接是指下层瓦楞片上表面的楞与上层瓦楞片下表面的楞一一对应焊接；所述散热器还包括设置于孔道两端的密封封头，密封封头与孔道的开口端间留有空隙；所述一密封封头上设置有一散热工质入口，另一密封封头上设置有一散热工质出口。
2.如权利要求1所述航空用燃料电池系统散热器，其特征在于：所述散热器瓦楞片和封头的材质为耐高温同时耐有机工质腐蚀的材料；N为大于等于2小于等于10。
3.如权利要求2所述航空用燃料电池系统散热器，其特征在于：所述散热器瓦楞片和封头的材质为不锈钢、铝合金、陶瓷、聚合物中的一种。
4.如权利要求1所述航空用燃料电池系统散热器，其特征在于：所述瓦楞片的厚度为0.05-1mm。
5.如权利要求1所述航空用燃料电池系统散热器，其特征在于：所述瓦楞片的瓦楞楞突起和槽凹陷垂直于孔道的截面为圆弧型，圆弧的直径尺寸小于等于5mm。
6.一种采用权利要求1-5任一所述散热器的航空用燃料电池系统，包括燃料电池电堆和水热平衡部件，其特征在于：所述散热器以最小截面积的方向作为迎风面安置于一航空器机身外部，所述燃料电池电堆阴极出口与所述散热器散热工质入口相连；所述散热器散热工质出口与所述燃料电池系统水热平衡部件相连；
所述航空器工作过程中，燃料电池电堆阴极出口的散热工质经所述散热器中的散热工质入口流入所述散热器，同时航空飞行中的气流为所述流入散热器中的散热工质降温，散热后的冷凝物经所述散热器中的散热工质出口返回所述燃料电池系统水热平衡部件，实现航空用燃料电池系统的散热。
7.如权利要求6所述航空用燃料电池系统，其特征在于：水热平衡部件为容器。
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