CN116512899A - 改进的燃料电池交通工具散热器的放置和取向 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及改进的燃料电池交通工具散热器的放置和取向，具体地，本公开涉及交通工具上散热器和挡板的改进的放置、定位和/或取向，以改进和/或优化空气流、散热器和燃料电池性能。

Description

改进的燃料电池交通工具散热器的放置和取向
技术领域
本公开涉及交通工具上散热器的改进的放置和取向。更具体地，本公开涉及在燃料电池电动交通工具上的散热器和挡板的策略性放置、定位和/或取向，以最大化空气流和由其燃料电池产生的排热。
背景技术
近年来，随着对燃料电池电动交通工具(FCEV)中的功率和效率需求的增加，用来为这种交通工具提供功率的燃料电池在尺寸方面大大增加。随着燃料电池的尺寸的增加，处理燃料电池的输出的装备在尺寸方面也相应地增加。例如，由于来自燃料电池发动机的排热较大，目前型号的FCEV承载更大和/或额外的装备(例如，更多或更大的散热器)，以将过量的发动机热量释放到环境空气。燃料电池和散热器中更大或增大的尺寸限制了FCEV上用来承载额外装备、货物和/或乘客的可用空间的量。这种空间限制导致装备在交通工具上这样的区域中的放置，即在所述区域中装备部件(例如，散热器)没有最高效地起作用。
如与内燃发动机(ICE)相比，FCEV中散热器的放置、定位和/或尺寸设计具有几个挑战。首先，与ICE相比，燃料电池(例如，质子交换膜燃料电池(PEMFC))在功率输出方面向冷却剂排出更多的热量。因此，具有与ICE交通工具相同的燃料电池功率输出的FCEV的热管理系统必须能够向冷却剂排出更多的热量，这需要用于装备的额外的空间。
其次，与ICE相比，FCEV的冷却剂需要保持在显著更低的温度下。保持较低的冷却剂温度在高环境温度下尤其是有挑战性的。典型地，燃料电池和商用交通工具的其它部件的操作预计在高温下进行，在高温下燃料电池最高效地工作。
最后，由于对燃料电池的高排热和低冷却剂温度的需求，与相同尺寸的ICE散热器相比，FCEV散热器需要更高的空气流。此外，由于一个或多个风扇的功耗随着空气流呈指数级增加，因此有必要考虑增加散热器芯的尺寸，以减少空气流，并且因此减少由风扇消耗的功率。
与ICE交通工具相比，这些目前的限制的整体导致FCEV上的更大尺寸的散热器组件。这使得它们在交通工具上的包装和定位变得复杂，并且常常需要使用交通工具发动机舱外部的空间。因此，存在针对散热器和/或挡板在FCEV上改进的放置、定位和/或取向的需要，这使得能够平衡使用FCEV上的可用空间，同时最大化通过散热器的空气流，以实现燃料电池和/或燃料电池系统的最佳性能。
发明内容
本公开涉及一种用于改进燃料电池性能的交通工具散热器集成系统。本交通工具散热器集成系统包括具有存储在其中的一个或多个箱的箱存储区。交通工具散热器集成系统还包括与箱存储区相关联的一个或多个散热器。一个或多个挡板在一个或多个散热器和箱存储区之间延伸。一个或多个散热器和一个或多个挡板以这样的取向设置在交通工具的底盘的上方，即该取向减少针对本交通工具散热器集成系统的热空气再循环和空气阻力。
散热器的取向相对于箱存储区竖直地平行或成角度。散热器的取向的角度在大约0度至大约90度的范围内。
一个或多个挡板设置在散热器的顶端部、散热器的底端部处或散热器之间。挡板的取向相对于箱存储区基本上垂直或成角度。一个或多个挡板的取向的角度在大约15度至大约75度的范围内，诸如大约45度的一个或多个挡板的取向的角度。一个或多个挡板也可设置在箱存储系统上方。
一个或多个散热器或一个或多个挡板位于间隙中。间隙的区域可延伸超过交通工具的底盘的长度或宽度。该间隙被限定或位于箱存储区后面或之内。备选地，间隙被限定或位于箱存储区内的相邻箱之间。在一些实施例中，散热器设置在或位于箱存储区内的相邻箱之间的间隙中，而没有阻塞一个或多个箱的一个或多个阀。
此外，本交通工具散热器集成系统的一些实施例包括不抵接箱存储区的散热器。散热器可被定位在包括向外取向角度或向上取向角度的取向上。向外取向角度或向上取向角度在从约零度至约90度的范围内。
本公开还涉及交通工具散热器集成系统的实施例，该交通工具散热器集成系统包括设置在交通工具的底盘上方的箱存储区，该箱存储区具有存储在其中的一个或多个燃料箱。交通工具散热器集成系统还包括位于箱存储区后面或之内的间隙，该间隙包括一个或多个散热器或一个或多个挡板。
一个或多个散热器被定位成取向角度。一个或多个挡板被定位成挡板角度。一个或多个散热器的取向角度或一个或多个挡板的挡板角度改进针对本交通工具散热器集成系统的空气流移动和热排出。
在本系统中，散热器的取向角度包括向外取向角度或向上取向角度。向外取向角度或向上取向角度在从约零度至约90度的范围内。一个或多个挡板的挡板角度或一个或多个散热器的取向角度为大约45度。
附图说明
图1是现有技术中燃料电池电动交通工具(FCEV)的示意图，其具有设置在其上的散热器和氢箱；
图2A是FCEV的示例性实施例的示意性透视图，其具有尺寸减小的燃料箱存储系统，其带有增加的可用散热器空间；
图2B是图2A的FCEV的侧视图；
图3是FCEV的另一个示例性实施例的示意性透视图，其具有位于燃料箱存储系统内的散热器存储装置；
图4是图示针对FCEV上的散热器的各种配置的参数值的表；
图5是具有散热器和挡板的优化放置和定位的FCEV(例如，8级卡车)的示例性实施例的示意性透视图；
图6是通过图5的FCEV的散热器的空气流的示意性侧视图；
图7A是FCEV的另一个示例性实施例的示意性透视图，其具有设置在燃料箱存储系统的氢箱之间的散热器；
图7B是图7A的FCEV燃料箱存储系统的侧视图；
图8是具有散热器和挡板的优化放置和定位的FCEV(例如，箱式卡车)的第二示例性实施例的示意性透视图；
图9是穿过图8的FCEV的散热器的空气流的示意性透视图；和
图10是从图8的FCEV的散热器发出的温度分布的示意性侧视图。
当参考本文描述的附图阅读以下详细描述时，当前实施例的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。
具体实施方式
现在将描述某些示例性实施例，以提供对本文公开的装置和方法的结构、功能、制造和使用的原理的全面理解。这些实施例的一个或多个示例在附图中图示。本领域的技术人员将理解，本文具体描述并在附图中图示的装置和方法是非限制性的示例性实施例，并且本公开的范围仅由权利要求书限定。
结合一个示例性实施例图示或描述的特征可与其它实施例的特征相结合。这种修改和变型旨在包括在本公开的范围内。此外，本领域技术人员将认识到，本领域技术人员公知的术语在本文中可能够互换地使用。
本公开涉及包括散热器挡板的散热器的改进或优化的定位、放置和/或取向。本公开涉及在交通工具100上或之上的这种散热器定位、放置和/或取向。交通工具100的类型包括但不限于商用交通工具和发动机、卡车(例如，重型卡车、采矿卡车、8级卡车或箱式卡车)、火车、电车、有轨电车、飞机、公共汽车、轮船、船只和其它已知交通工具，以及其它机械和/或制造设备、工业或采矿装备、装置等。
本公开的交通工具100的示例性实施例包括但不限于混合动力或电动交通工具(HEV)，诸如燃料电池电动交通工具(FCEV) 100。示例性FCEV 100包括但不限于卡车(例如，8级卡车、半拖车、18轮卡车、矿用运输卡车、箱式卡车等)。然而，本领域技术人员将认识到，当前公开的实施例可用于和/或定制用于所有种类的混合动力或电动交通工具(例如，汽车、小轿车、飞机、公共汽车、火车、机车、船只等)和FCEV 100，以便优化其期望的参数。虽然本公开讨论了FCEV中散热器的优化放置，但是将意识到，本公开可应用于多种不同类型的交通工具、便携式/移动、工业和/或固定应用100。
具体地，本公开涉及燃料电池散热器和/或散热器挡板在燃料电池电动交通工具(FCEV) 100中的改进的放置、定位和/或取向。散热器和/或挡板的改进的定位、放置和/或取向优化了通过其中的空气流。增加的空气流导致散热器的排热能力的增加，同时减少通过散热器的热空气再循环和空气阻力。
图1图示了用于燃料电池交通工具(FCEV) 10的当前和常规的散热器布局。如所示的，常规的FCEV 10可包括底盘12，该底盘12具有定位在其上的燃料(例如，氢)箱存储系统14，诸如在底盘12上方或之上。氢箱存储系统14可包括复合主体18、主体支撑结构22和/或多个氢箱16。
在一个示例性实施例中，燃料箱16在为交通工具10的操作的准备中或在交通工具10的操作期间被定位在堆叠在底盘12之上的一个、多个或一系列的列中。许多氢箱16的常规形状是半圆形的。将意识到，任何氢箱16的形状都可变化。
FCEV 10的底盘12可由具有足够强度的复合主体18制成，以将箱16保持在所示的布置或任何其它期望的布置中。复合主体18还可包括主体支撑结构22，以将燃料箱16保持在期望的位置和取向中。如所示的，主体支撑结构22可包括竖直取向，以将燃料箱16紧固在期望的位置和取向(例如，一个或多个列)中，特别是在运输期间。
常规的FCEV 10在底盘12的前部处和/或一侧或两侧上包括用于散热器20的可用空间，如图所示。在FCEV上容纳或定位散热器20的可用空间是有限的，因为常规的卡车在前部处和/或一个或多个侧部上仅具有大约2.1米2 (m2)的空间。用于散热器的该量的空间对于诸如卡车的较大交通工具可能是不够的。卡车和其它大型交通工具倾向于使用具有高排热要求的较大燃料电池，其中在FCEV 10上剩余的常规空间不足以存储消除由这些较大燃料电池产生的过度热量所需尺寸的散热器20。
散热器20的最佳放置可根据交通工具10的类型而变化。例如，本公开的交通工具100可包括交通工具100的任何部件、车厢、品牌和/或类型。本交通工具或FCEV 10的部件可包括但不限于一个或多个交通工具座舱、交通工具动力系、交通工具控制系统、交通工具热管理和/或冷却系统等。
现在参考图2A和图2B，本公开的交通工具和FCEV 100(例如，8级卡车)可包括箱存储系统或区104。箱存储系统104可容纳存储在其中的一个或多个燃料(例如，氢)箱106。在一些实施例中，箱存储系统104可位于FCEV 100的座舱102后面，使得氢箱106抵接座舱102的背面或后壁105。与常规的FCEV 10不同，本公开的8级卡车和其它FCEV 100具有在座舱102内、座舱102上方、座舱102下方、座舱102周围、座舱102附近、抵接座舱102、或紧邻至座舱102或与座舱102紧邻的燃料电池，其产生功率，诸如用于为交通工具100提供燃料的功率。
由本FCEV 100包括的燃料电池或燃料电池系统126包括但不限于固体氧化物燃料电池(SOFC) 126。由本公开的FCEV 100包括的其它常见类型的燃料电池126包括磷酸燃料电池(PAFC) 126、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC) 126和/或质子交换膜燃料电池(PEMFC)126，所有这些通常以它们各自的电解质命名。许多这些类型的燃料电池和系统126可用于为诸如小轿车、卡车、工业装备和/或其它类型的交通工具(诸如本FCEV 100)或其中包括的(多个)动力系的较小的便携式应用提供功率。本FCEV 100的示例性燃料电池或燃料电池系统126是PEMFC 126。
由燃料电池或燃料电池系统126产生的功率量取决于和/或基于交通工具(例如，FCEV)100功率需求和蓄电池(例如，牵引蓄电池)的功率容量。由典型燃料电池126产生的功率在从等于、约、大约或大于100 kW的范围内。例如，一些燃料电池126可产生在从约100 kW至大约500 kW的范围内的功率，包括其中包含的任何特定功率量或功率的范围。
此外，用于诸如拖拉机的交通工具100的燃料电池126发动机功率可在从约100 kW至约300 kW的范围内，包括其中包含的任何特定功率量或功率的范围。例如，如果燃料电池126与具有小功率容量的蓄电池联接，则也可能需要由燃料电池126的较大功率输出。由FCEV 100生成的如此大量的功率需要显著的排热能力，以实现燃料电池126的最佳操作和性能。
一个或多个散热器120可设置在交通工具或FCEV 100上、之上或顶上，以便于消除过度的热量。例如，8级卡车100中的散热器120不能放置在卡车的座舱102的前面，因为这些散热器120不会经历足够的空气流来移除由其燃料电池126生成的过度热量。因此，本交通工具100的一个或多个散热器120和/或挡板124典型地定位、放置或位于卡车100的座舱102的后面和/或交通工具100的底盘103的顶上(参见图2A和图2B)。
在示例性实施例中，一个或多个散热器120和/或挡板124被定位或放置在特定的取向(诸如分别为取向角度146或挡板角度228)上。如图5中所示，散热器120的取向角度146典型地位于卡车100的座舱后面和/或底盘103的顶上。在一些实施例中，散热器120直接接触或基本上联接或连接到座舱102。在其它实施例中，散热器120不直接接触或联接到卡车100的座舱102。例如，可用空间108的间隙或区(“间隙”)可形成在底盘103上方，诸如在座舱102和散热器120之间。
参考图2A和图2B，间隙108可设置在燃料箱存储系统104内，或者可沿着交通工具100的底盘103上的区域132(即，长度(L)×宽度(W))延伸。沿着底盘103的间隙108的区域(A) 132的长度(L) 132l可从座舱102的后壁或背面105到交通工具100的后端部134测量。在底盘103上的间隙108的区域(A) 132的宽度(W) 132w可从底盘103的第一侧轨115到第二侧轨117测量。长度(L) 132l乘以宽度(W) 132w的乘积限定由底盘103包括的区域(A) 132。
沿着包括燃料箱存储系统104的底盘103的间隙108的区域(A) 136的长度(L)136l可从座舱102的后壁或背面105到燃料箱存储系统104的后端部138测量。在底盘103上的间隙108的区域(A) 136的宽度(W) 136w与132w相同，并且可从底盘103的第一侧轨115到第二侧轨117测量。长度(L) 136l乘以宽度(W) 136w的乘积限定由燃料箱存储系统104包括的区域(A) 136。
散热器120可利用或占据间隙108内的空间或区域140，该空间或区域140等于沿着底盘103的区域(A) 132减去由燃料箱存储系统104(包括燃料箱106和其中包括的任何附加部件)占据的区域(B) 136。具体地，在底盘103上的间隙108的区域140的任何量可被配置成在其上保持或存储散热器120和/或挡板124。在一些实施例中，间隙108的区域140不受由交通工具100或底盘103提供的基础区域或支撑的限制或约束。
值得注意的是，在一些实施例中，间隙108的区域140可延伸超过底盘103的宽度，使得设置在间隙108中的物体比区域(A) 132的宽度132w更宽。类似地，在一些实施例中，间隙108的区域140可延伸超过底盘103的长度，使得设置在间隙108中的物体比区域(A) 132的长度132l更长。在图2A至图3中示出间隙108的区域140的尺寸的非限制性实施例。
间隙108的区域140可包括任何尺寸的长度(X)、宽度(Y)和深度(Z)。在图2A至图3中所示的示例性实施例中，间隙108的区域140的长度(X)可在从约100 mm至约600 mm的范围内，包括其中包含的任何特定长度或长度的范围(例如，约200 mm至约500 mm)。间隙108的区域140的宽度(Y)可在从约100 mm至约2550 mm的范围内，包括所包含的任何特定宽度或宽度的范围。在这些具体实施例中，间隙108的区域140的深度(Z)可在从约300 mm至约3000 mm的范围内，包括其中包含的任何特定深度或深度的范围。
在这些相同的实施例中，间隙108的最大平面区域(A) 140可在从约1 m2至约10 m2的范围内，包括其中包含的任何特定区域或区域的范围。在具体实施例中，间隙108的最大平面区域140等于或为约7.65 m2。此外，间隙108的区域(A) 140的最大体积可在从约0.5 m3至约10 m3的范围内，包括其中包含的任何特定体积或体积的范围。在具体实施例中，间隙108的区域140的体积等于或为约3.825 m3。
交通工具100的底盘103可平衡和/或支撑放置在其上的物体(例如，在区域140和/或间隙108内)。这样的物体或部件可通过任何紧固机构紧固到底盘103。例如，本公开的紧固机构可包括绳索、束线带、夹具、扣环以及本领域已知的任何这种紧固机构，以防止物体从底盘103移开，特别是在运输期间。
在一些实施例中，间隙108的区域140可包括支撑结构118以容纳散热器120和/或挡板124。在其它实施例中，间隙108的区域140不包括任何支撑结构118，以容纳或包含一个或多个散热器120和/或挡板124(针对挡板124的位置参见图5)。
例如，如图2A和图2B中所示，间隙108可形成在存储系统104和由座舱102运输的拖车或装载货物110之间，以允许足够的空间用于拖车安装并考虑拖车转弯半径。散热器120在该间隙108中的放置还可允许将更大的散热器芯与风扇(例如，高效率和/或电风扇)一起封装为本散热器120的附加或辅助部件。因此，该间隙108的尺寸足以为一个、更多个或多个散热器120和任何辅助散热器部件的放置提供空间，因为如上所述，间隙108的区域140往往大于容纳常规交通工具10的散热器20的底盘12的侧部上的空间(例如，约2.1 m2)。
在一些实施例中，间隙108的区域140可通过减小氢箱106的尺寸和/或由燃料箱存储系统140包括的区域136来增加。例如，如图2A和图2B中所示，可减小氢箱106和/或由燃料箱存储系统140包括的区域136的尺寸，以提供额外的可用空间108来容纳散热器120(具有或不具有辅助风扇)。如所示的，箱存储系统104中的箱106在宽度上减小，以允许空间108中的可用区域136的最大化，用于存储额外的散热器120。
在一些实施例中，减小箱106的尺寸可减小区域136并将间隙108的区域140增加大约、等于或大于6.5米2。一旦间隙108的区域140被限定，在一些实施例中，散热器120可在间隙108内堆叠至高度(H) 142。如所示的，在交通工具100的顶上的氢箱106和/或燃料箱存储系统140的堆112的高度(H) 142可为任何高度(H) 142。在示例性实施例中，燃料箱106的堆112的高度(H) 142是根据当地和国家法律和法规在交通工具100上可合法运输的任何高度。
在一些方面，通过从箱存储系统104移除氢箱106中的一个或多个，可用空间或间隙108可进一步最大化。如图3中所示，一个或多个箱106可从箱存储系统104移除，以允许一个或多个散热器120放置在其中的间隙108中。虽然三个箱106被示出从图3的箱存储系统104移除，但是将意识到，在一些实施例中，可移除两个或更少的箱106。在其它实施例中，可移除四个或更多个箱106。
本领域技术人员将认识到，可从燃料箱存储系统104移除的箱106的数量仅受交通工具100正常运行所需的箱106的最小数量限制。此外，将意识到，将箱存储系统104的箱106存储空间的一部分用于散热器120的放置可在不需要显著量的排热的交通工具100(例如，具有较小燃料电池126的交通工具)中完成。相比之下，具有大燃料电池或大量燃料电池126的交通工具排出大量热量(例如，约100 kW)，其典型地不能简单地通过将散热器120放置在箱存储系统104内来充分处理，这是由于通过其中的空气流不足，如下面更详细讨论的。
一旦确立了间隙108的尺寸，就可弄清散热器120在间隙108内的最佳取向。虽然图2A、图2B和图3中的可用空间108示出为基本上平行于箱106的堆112，但是处于这种直的竖直取向中的散热器120可能没有针对效率进行优化。例如，在交通工具或卡车100的运动期间，空气可能变得被截留在氢箱106或存储系统104和卡车拖车110或座舱102之间。空气流的这种抑制导致不希望的热空气再循环和空气阻力，其可能损害散热器120以及燃料电池126的性能。结果，散热器120可放置在该间隙108中的各种位置中，以抵消热空气再循环、空气阻力，并优化或增强用于最大空气流、热排出和燃料电池126性能的多个附加参数。
图4包括表，该表展示了具有在间隙108内的特定散热器120和/或挡板124的放置、定位和/或取向的几个交通工具原型(“概念”)，以及针对高效燃料电池126性能而估计、评估、测量和/或优化的参数的实验数据值。如图4的表中所示，被评估的测量参数可包括但不限于冷却剂入口温度、高于环境空气的增加量、空气质量流率、校正质量流率、环境能力寿命终止(EOL)和/或环境能力寿命开始(BOL)等。
这些参数是在交通工具100上的间隙108内的散热器120和/或挡板124的十个不同角度取向下测量的。图4中所示的基线取向包括散热器120和/或挡板124，其竖直地放置并基本上平行于箱。备选地，概念1-7将散热器120和/或挡板124以各种角度和取向定位在间隙108内。除了它们在交通工具100或底盘130上的放置和定位(例如，位置)之外，散热器120和/或挡板124也以特定角度定向在交通工具100上，在底盘103上方的间隙108内或间隙108外。具体地，散热器120以特定的取向角度定位，而挡板124以特定的挡板角度228放置。
虽然散热器120的取向角度146可变化，但是当散热器120的取向角度146以向上倾斜定位时，已经观察到对减少热空气再循环和空气阻力的最佳影响。取向角度146可在大约0度至大约95度的范围内，包括其中包含的任何特定角度或角度的范围。在一些实施例中，取向角度146不大于45度。在一些实施例中，取向角度146不大于90度。
例如，在一些示例性实施例中，取向角度146在大约0度至约90度、大约2度至约90度、0度至大约35度、0度至大约25度、0度至大约15度、0度至大约5度的范围内，在大约5度至大约25度的范围内，在大约5度至大约90度的范围内，在大约15度至大约90度的范围内，在大约25度至大约90度的范围内，在大约10度至大约20度的范围内，或者为大约15度、大约2度至约45度、0度至大约35度、0度至大约25度、0度至大约15度、0度至大约5度的角度，在大约5度至大约25度的范围内，在大约5度至大约45度的范围内，在大约15度至大约45度的范围内，在大约25度至大约45度的范围内，在大约10度至大约20度的范围内，或者为大约15度的角度，包括在其中描述的每个范围中包含的任何特定角度或角度的范围(参见图5)。
例如，散热器120的取向角度146可包括向外角度146o和/或向上角度146u。在一些实施例中，取向角度146是向外取向角度146o和向上取向角度146u之和。在其它实施例中，向外取向角度146o和向上取向角度146u可分开地设置位置或定位，但是合作以用来将散热器120适当地放置在交通工具100上的正确取向中，以便提供最高效的空气流并最大化燃料电池126和散热器120的性能。
向外取向角度146o可限定散热器120远离交通工具的座舱105和/或箱存储系统104的后壁或背面定位的角度和/或距离。散热器的向外取向角度146o可在从约零度(0o)至约90度的范围内，包括其中包含的任何特定角度或角度的范围(参见图4的原型/概念1、2和4)。
例如，在一些实施例中，向外取向角度146o将为约零度(0o)，使得向外取向角度146o平行于座舱105的后壁或背面。在其它实施例中，向外取向角度146o将为约90度(90°)，使得向外取向角度146o垂直于座舱105的后壁或背面。在另外的实施例中，向外取向角度146o将为约45度(45o)，使得向外取向角度146o位于朝向座舱105的后壁或背面的倾斜位置。
散热器120的向上取向角度146u可与交通工具100的底盘103在向上取向上成角度。散热器120的向上取向角度146u也可与交通工具100的底盘103在向下倾斜中成角度。向上或向下的角度146u可在从约零度(0°)至约90度(90°)的范围内，包括其中包含的任何特定角度或角度的范围(参见图4的原型/概念3、5、6和7)。
例如，在一些实施例中，向上取向角度146u将为约零度(0o)。在其它实施例中，向上取向角度146u将为约90度(90o)。在另外的实施例中，向上取向角度146u将为约45度(45o)。在示例性实施例中，向上取向角度146u在从约5度至约25度的范围内，包括其中包含的任何特定角度或角度的范围。
将图4中评估的参数的值进行比较，以确定散热器120和挡板124的最佳取向，以便实现高效的燃料电池126性能。在一些实施例中，较高的环境能力值和较低的针对参数的值(诸如高于环境空气的增加量)暗示最佳的散热器120取向。因此，观察到具有较低的高于环境的增加量参数和较高环境能力的交通工具100的概念或原型被确定为具有最佳燃料电池126性能。在一些这样的实施例中，基于环境能力BOL比较原型或概念，其中优选40摄氏度或更高的目标环境能力值。
在测试概念或原型中的每一个之后，概念#4和#7被确定为提供与散热器120的取向相关联的最佳性能。例如，如所示的，概念#4和#7都具有最高值的环境能力BOL，例如41摄氏度。概念#7最终被认为是优选概念，因为如与概念#4相比，它更易于机械集成和制造相对容易。
此外，概念#7似乎比概念#4更安全，概念#4允许暴露热表面。在一些方面中，如与概念#4相比，概念#7也具有较低的拖车移动风险，其中概念#4在进行90度转弯时具有拖车与弯曲壁干涉的较高可能性。由于与相邻交通工具的更高的社交性，概念#7也可相对于概念#4为优选的，其中概念#4具有这样的可能性，即由此排放到侧车道上的热空气可能进入道路上的其它交通工具中。
图5更详细地图示了图4的概念#7中的散热器120和挡板124的取向。如所示的，散热器120可包括多个冷却包122，冷却包122被配置成将热量移除到周围环境。虽然示出两个冷却包122，但是将意识到，在一些实施例中，散热器120可包括单个冷却包122或三个或更多个冷却包122。
此外，在一些实施例中，一个或多个散热器120不抵接箱存储系统104。例如，如图5中所示，一个、更多个、几个或多个挡板124可被配置成邻接或连接到一个或多个散热器120或与之连接。挡板124可被定位、连接和/或配置成将一个或多个散热器120的一个或多个侧部邻接在一起或邻接到其它部件。
在一些实施例中，挡板124可放置在散热器120的各个冷却包122之间，以在它们之间产生空间，如图5中所示。在其它实施例中，挡板124可使散热器120与氢箱存储系统104接触、连接或邻接。在一些实施例中，散热器120设置在离箱106或箱存储系统104的距离150D处。挡板124然后可被定位在散热器120的顶端部120t处和底端部120b处，以将散热器120与箱存储系统104或座舱102以距离150D隔开。
挡板在上面提到的位置中的定位可对过度热量的必要消除具有积极影响。例如，在顶端部120t处和/或冷却包122之间的挡板124可减少热空气再循环。在一些方面中，在底端部120b处的挡板124可防止从发动机舱散热器(未示出)排出的热空气进入散热器120中。
在一些实施例中，挡板124可由基本上没有渗透性的实心板构成，从而基本上防止空气或材料流通过挡板124材料。挡板124材料的一些非限制性示例可包括金属，诸如铝、铁、钢、金属薄板、陶瓷和塑料等。在其它实施例中，挡板124可由具有多孔性和/或渗透性的材料构成，以便允许或能够实现空气或材料流通过挡板124材料。除了本文描述的热排出功能之外，挡板124还可在结构上在任何系统或方法中使用，以安装额外的系统部件(例如，冷却剂、箱、线路、电子设备、控制装置等)。
在一些实施例中，本交通工具100或燃料电池系统126的散热器120能够生成这样的功率，即该功率是其中包括的燃料电池126功率发动机的功率的约1至约1.5倍。例如，具有产生180 kW的功率的燃料电池发动机的交通工具100典型地将需要具有在从约180 kW至约270 kW的功率容量的散热器120，包括其中包含的任何特定功率输出或功率的范围。在诸如当前实施例的8级卡车100的交通工具100的一些实施例中，燃料电池126也可生成大约180 kW的功率，这增加了针对排热的需求。
如图5和图6中所示，在其中散热器120成角度的当前配置中，一些可用空间108保持未被占用。例如，与箱存储系统104间隔开并具有向上倾斜的取向角度146的散热器120的取向提供了最佳的物流能力，以最大化(多个)散热器120的放置、定位和位置，从而最大化其性能。散热器120、挡板124和/或燃料电池126的性能可根据图4中所示的参数和度量来评估、测量和/或估计。
此外，散热器120和挡板124的这种成角度的取向减少了热空气的再循环和空气阻力。如图6中所示，从燃料电池126进入散热器120的空气可基本上不受阻碍地离开散热器120，而不再循环，从而提供最大的冷却效果并提高燃料电池126性能。值得注意的是，离开散热器120进入间隙108的空气可流过交通工具100的拖车110的顶部并流出间隙108，从而能够实现高效的排热。
返回参考图5，多个挡板124中的一个或多个可从箱存储系统以各种挡板取向角度延伸。例如，如所示的，散热器120的顶端部120t可抵接基本上垂直于箱存储系统104延伸的挡板124。此外，散热器120的底端部120b可抵接基本上垂直于箱存储系统104延伸的第二挡板124。在一些图示的方面中，第二挡板124可从箱存储系统104向外延伸得更远，以使散热器120向上倾斜。
挡板厚度有助于散热器的向上倾斜。挡板124可具有在从约2 mm至约100 mm的范围内的厚度，包括其中包含的任何特定厚度或厚度的范围。然而，挡板的功能效用(例如，它们是否在结构上支撑附加部件)也有助于确定挡板的必要厚度，以最大化和/或优化散热器120和/或燃料电池126性能。挡板124的示例性厚度可包括约5 mm至约50 mm的范围，包括其中包含的任何特定厚度或厚度的范围。
对于较大的散热器120，可能存在不充足的空间108来将任何散热器120放置在底盘12的侧部上，如关于图1讨论的常规交通工具10中那样。相反，在一些当前实施例中(参见图7A和图7B)，散热器120'可放置在燃料箱存储系统104中的氢箱106之间形成的间隙108'中，以最大化交通工具100上的可用空间108'，而不改变箱106或箱存储系统104的尺寸。图7A至图7B图示定位在氢箱106的两个侧部上的多个散热器120'，以装配在箱存储系统104的相应箱106之间的间隙108'内。
如所示的，散热器120′可设置在相邻箱106的阀114之间，以将散热器120'保持就位，而不改变箱106的尺寸和/或形状。本领域技术人员将意识到，箱106布置在阀114之间，从而不会阻塞进入和离开位于氢箱106的端部上的阀114的任何管道。形成在箱106之间的间隙108'不影响通过阀114行进至散热器120'和通过阀114从散热器120'中行进的空气流。
如所示的，相邻箱之间的每个间隙108'都可被填充。在诸如图7A和图7B中所示的具体实施例中，针对箱106在箱存储系统104中的可用空间被配置成层级，诸如1、2、3、4、5、6个或更多个层级。例如，如果箱106堆叠成四个层级，如所示的，则三个散热器120'可设置在箱106的两个侧部上的间隙108'中，总共达六个散热器120'。
将意识到，设置在箱106之间的散热器120'的数量可基于箱106的排数或层级数而变化。箱106的排数或层级数也决定了其中设置散热器120'的可用空间108'的量。重要的是，如图7A和图7B中所示，散热器120'在间隙108'中的这种布置或实施例可导致大约大于2.7米2的最大散热器正面区域，并且比如上面在图1中讨论的常规布置的可用空间(2.1米2)大20%以上。
具体地，间隙108'的区域140'可包括任何尺寸的长度(X)、宽度(Y)和深度(Z)。在图7A和图7B中所示的示例性实施例中，间隙108'的区域140'的长度(X)可在从约200 mm至约700 mm的范围内，包括其中包含的任何特定长度或长度的范围(例如，约200至600 mm)。间隙108'的区域140'的宽度(Y)可在从约100 mm至约550 mm的范围内，包括其中包含的任何特定宽度或宽度的范围(例如，约200至400 mm)。在这些具体实施例中，间隙108'的区域140'的深度(Z)可在从约50 mm至约1000 mm的范围内，包括其中包含的任何特定深度或深度的范围(例如，约100至700 mm)。
在这些相同的实施例中，间隙108'的最大平面区域(A) 140'可在从约0.1 m2至约2 m2的范围内，包括其中包含的任何特定区域或区域的范围。在具体实施例中，间隙108'的最大平面区域140'等于或为约0.42 m2。此外，间隙108'的区域(A) 140'的最大体积可在从约0.1 m3至约1 m3的范围内，包括其中包含的任何特定体积或体积的范围。在具体实施例中，间隙108'的区域140'的体积等于或为约0.21 m3。
图8图示箱式卡车200上的优化散热器放置的实施例。箱式卡车200与8级卡车100实施例的不同之处在于，箱存储系统204和拖车或装载货物210之间的可用空间或间隙208在箱式卡车200上比8级卡车100更小。事实上，箱式卡车200上的可用空间或间隙208可能不足以在其中设置散热器220。虽然现有空间208可针对8级卡车100中的散热器放置进行优化，但是在箱式卡车200的一些方面中，针对散热器放置的优化可包括侵占卡车200中或其上设置散热器220的现有结构或部件。一旦现有的卡车部件或结构被充分修改，散热器220和挡板224的定位、放置和/或取向可针对空气流进行优化。
在一些实施例中，氢箱106或燃料箱存储系统104的尺寸可减小，以增加可用的散热器220空间208。例如，如关于图2A、图2B和图3所讨论的，减小箱106或燃料箱存储系统104的尺寸可增加用于散热器120放置的可用空间108。在一些实施例中，散热器120充分平行于氢箱106的堆112的放置可能由于空气流的阻塞而绝不是最佳的。
例如，在图2A、图2B和图3中所示的交通工具100的向前运动期间，箱106可阻塞到散热器120的大部分空气流。空气流的这种阻塞显著减少通过散热器120的空气流，并且增加区域140中的再循环，从而负面地影响性能。如关于图5和图6所讨论的，将散热器120放置在斜面上或与挡板124成取向角度146可通过增加通过散热器120的空气流和最小化再循环来解决这个问题，如上面所指出的。
返回到图8，散热器220在箱式卡车200上的优化放置包括通过将散热器220放置在位于底盘203的顶部上的箱存储系统204上方来修改拖车210。在该取向上，散热器220位于座舱202的水平上方。在箱式卡车200的一些实施例中，箱式卡车200的燃料电池126可生成大约90 kW至约100 kW的功率。
虽然90-100 kW仅是由8级卡车100的燃料电池126生成的功率(例如，约240 kW功率)的一半，但是该功率水平(例如，90-100 kW)足够大，以受益于高效的散热器220放置来散发排出的热量。虽然放置在箱存储系统204上方可能不会最大化用于散热器220存储的可用空间208，但是将散热器220放置在座舱202和其它卡车部件的水平上方也允许用高效电风扇封装散热器芯。
此外，散热器220在座舱202上方的这种位置使散热器220暴露于最大空气流，因为卡车200的其它部件没有阻碍至散热器220的空气流。如图9中所示，该实施例还允许空气进入和离开散热器220，而不使空气在该区域中再循环。本领域技术人员将认识到，优化空气流能够实现散热器220的尺寸上的减小，以补偿未能利用最大可用空间。
散热器220的放置的进一步优化包括改进挡板224的定位、放置和/或取向。例如，在一些实施例中，不是以特定的取向角度146将散热器220成角度，或者除了以特定的取向角度146将散热器220成角度之外，挡板224可为成角度的，诸如在箱式卡车200上的挡板224。在一些实施例中，在全功率下通过散热器220的空气流量可在从约12,000 CFM至约15,000 CFM的范围内。在其它实施例中，在全功率下通过散热器220的空气流量可高达且包括约14,000 CFM。
返回参考图8，在一些实施例中，挡板224可被定位成或处于与它们被配置成附接到或连接到的散热器120相同的取向或角度。在其它实施例中，挡板224仅被定位在水平取向中。在还另外的实施例中，挡板224可被定位成使得它们向上定向，以具有在从大约0度至大约75度的范围内的挡板角度228，包括其中包含的任何特定角度或角度的范围。挡板角度228也可在从大约15度至大约75度、从大约25度至大约65度的范围内，在大约35度至大约55度的范围内，或者成大约45度的角度。在示例性实施例中，挡板角度228等于或为约45度。
离开散热器220的空气可沿着倾斜的挡板224或挡板角度228行进，并且将热量散发到周围环境中，如图10中所示。沿着倾斜的挡板224或挡板角度228行进的空气避免再循环，并且使由散热器220和挡板224对燃料电池126的冷却最大化。执行本公开的挡板224几何形状与现有技术中已知的现有挡板的比较，以确定哪种挡板提供最大的燃料电池126性能。
目前已知的挡板在静止时的空气流量为6.98 kg/s和13178 CFM。三个当前的挡板224实施例包括结构上的几何改进，包括：1)45度的壁，2)弯曲的壁(概念#4)，或3)弯曲的导管。在静止和行驶条件下(例如，每小时40英里)，在交通工具100上测试每个改进的挡板224。在静止条件下，三个目前改进的挡板224实施例中的每一个都提供了约2%至约25%的改进的空气流量，使得能够成比例地增加燃料电池126和/或散热器220性能，包括其中包含的任何特定量或范围的改进，诸如约5%至约20%的改进。
具体地，包括45度挡板壁角度的当前要求保护的系统的挡板224实施例表现出比当前挡板设计(例如，没有45度挡板角度)约5%至约20%的性能改进。具有弯曲壁的挡板224实施例显示出比当前挡板设计约5%至约15%的性能改进。具有弯曲导管设计的挡板224实施例显示出比当前挡板设计约3%至约10%的性能改进。
此外，如上所述，当挡板224成45度角(即，挡板角度228等于45o)时，散热器220的改进的性能在静止和行驶条件两者下均满足最小流量要求(14,000 CFM)。因此，45°挡板角度228支持通过稍微高于全功率的散热器220的空气流。
此外，在这种放置、定位和/或取向中，具有挡板角度228的挡板224和/或具有取向角度146的散热器220被集成和制造，以为了交通工具100或燃料电池电动交通工具(FCEV)100上的最佳燃料电池126性能。具有特定挡板角度的挡板224与具有特定取向角度146的散热器120一起被集成和制造，以在交通工具100或燃料电池电动交通工具(FCEV) 100上提供最佳的燃料电池126性能。例如，交通工具可包括具有至少、不大于或约45度的挡板角度228的挡板224和/或具有至少、不大于或约25度至约45度的取向角度146的散热器220。
充分详细地描述了上述实施例，以使本领域技术人员能够实施所要求保护的内容。应当理解，可利用其它实施例，并且可在不脱离权利要求书的精神和范围的情况下作出逻辑、机械和电改变。因此，详细描述不应在限制意义上被理解。
如本文所用，以单数形式列举并且以单词“一个”或“一种”开头的元件或步骤应当被理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确说明此类排除。此外，对本发明描述的主题的“一个实施例”的引用并不旨在解释为排除也结合有所列举特征的附加实施例的存在。单位、测量值和/或数值的指定数值范围包括、基本上由或由包括这些范围和/或端点或在这些范围和/或端点内的所有数值、单位、测量值和/或范围组成，无论这些数值、单位、测量值和/或范围是否在本公开中明确指定。
除非另有定义，本文使用的技术和科学术语具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。本文中使用的术语“第一”、“第二”、“第三”等不表示任何顺序或重要性，而是用于将一个元件与另一个元件区分开来。术语“或”和“和/或”意味着包含性的，并且是指所列出的项目中的任一个、全部或任意组合。此外，术语“连接”和“联接”不限于物理或机械连接或联接，并且可包括电气连接或联接，无论是直接的还是间接的。直接连接和/或联接可包括这样的连接和/或联接，其中在两个端点、部件或项目之间不存在间断的连接或部件。间接连接和/或联接可包括其中在相应端点、部件或项目之间存在一个或多个间断的或居间的连接和/或联接的情况。
此外，除非明确地相反地陈述，否则“包括”、“包含”或“具有”具有特定性质的元件或多个元件的实施例可包括不具有该性质的附加的此类元件。术语“包括”或“包含”是指组合物、化合物、制剂或方法，其为包含性的，并且不排除附加的元素、成分和/或方法步骤。术语“包括”也指本公开的组合物、化合物、制剂或方法实施例，其为包含性的，并且不排除附加的元素、成分或方法步骤。短语“由…组成”或“由…构成”是指排除任何附加元素、成分或方法步骤的存在的化合物、组合物、制剂或方法。
术语“由…组成”也指排除任何附加元素、成分或方法步骤的存在的本公开的化合物、组合物、制剂或方法。短语“基本上由…组成”或“基本上由…构成”是指这样的组合物、化合物、制剂或方法，其包括不会实质性地影响该组合物、化合物、制剂或方法的(多个)特性的附加元素、成分或方法步骤。短语“基本上由…组成”也指本公开的组合物、化合物、制剂或方法，其包括不会实质性地影响该组合物、化合物、制剂或方法步骤的(多个)特性的附加元素、成分或方法步骤。
如本文在整个说明书和权利要求书中所使用的，近似语言可用于修饰任何定量表示，在不导致与其相关的基本功能中的改变的情况下该定量表示可容许地变化。因此，由诸如“约”和“基本上”的一个或多个术语修饰的值不限于指定的精确值。在一些情况下，近似语言可对应于用于测量值的仪器的精度。这里以及整个说明书和权利要求书中，范围限制可被组合和/或互换。这样的范围被确定并包括其中包含的所有子范围，除非上下文或语言另有说明。
如本文中所用，术语“可”和“可为”表示在一组情况内发生的可能性；拥有指定的性质、特性或功能；和/或通过表达与限定的动词相关联的一种或多种能力、性能或可能性来限定另一动词。因此，“可”和“可为”的使用表示修饰的术语显然适合、能够或适于所指示的容量、功能或用法，同时考虑到在一些情况下修饰的术语有时可能不恰当、不能够或不合适。
应当理解，上面的描述旨在为说明性的，而不是限制性的。例如，上述实施例(和/或其方面)可单独地、一起或彼此组合地使用。此外，可进行许多修改以使特定情况或材料适应本文阐述的本主题的教导，而不脱离其范围。虽然本文所述的材料的尺寸和类型旨在限定所公开的主题的参数，但是它们决不是限制性的，而是示例性实施例。在阅读以上描述后，许多其它实施例对于本领域技术人员来说将是显而易见的。因此，本文所述主题的范围应当参照所附权利要求书以及这些权利要求书所授权的等同物的全部范围来确定。
书面描述使用示例来公开本文阐述的主题的若干实施例，包括最佳模式，并且还使得本领域普通技术人员能够实践所公开的主题的实施例，包括制造和使用设备或系统以及执行方法。本文所述主题的可专利性范围由权利要求书限定，并且可包括本领域普通技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有与权利要求书的字面语言没有区别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言具有微小差别的等效结构元件，则此类其它示例旨在落入权利要求书的范围内。
虽然本文中仅图示和描述了本发明的某些特征，但是本领域技术人员将会想到许多修改和变化。因此，应当理解，所附权利要求书旨在覆盖落入本发明的真实精神内的所有这些修改和变化。

Claims (20)

1.一种用于改进燃料电池性能的交通工具散热器集成系统，包括：
箱存储区，其具有存储在其中的一个或多个箱；
一个或多个散热器，其与所述箱存储区相关联，
一个或多个挡板，其在所述一个或多个散热器和所述箱存储区之间延伸，
其中，所述一个或多个散热器和所述一个或多个挡板以这样的取向设置在所述交通工具的底盘的上方，所述取向减少热空气再循环和空气阻力。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述散热器的所述取向相对于所述箱存储区竖直地平行或成角度。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述散热器的所述取向的角度在大约2度至大约45度的范围内。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个挡板设置在所述散热器的顶端部、所述散热器的底端部处或所述散热器之间。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述挡板的所述取向相对于所述箱存储区基本上垂直或成角度。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述一个或多个挡板的所述取向的角度在大约15度至大约75度的范围内。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个挡板设置在所述箱存储系统上方。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个散热器或所述一个或多个挡板位于间隙中。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述间隙的区域可延伸超过所述交通工具的所述底盘的长度或宽度。
10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述间隙被限定或位于所述箱存储区后面或所述箱存储区之内。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述间隙被限定或位于所述箱存储区内的相邻箱之间。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述散热器设置在或位于所述箱存储区内的相邻箱之间的所述间隙中，而没有阻塞所述一个或多个箱的一个或多个阀。
13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述散热器不抵接所述箱存储区。
14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述散热器被定位在包括向外取向角度或向上取向角度的取向上。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述向外取向角度或所述向上取向角度在从约零(0)度至约90度的范围内。
16.根据权利要求6所述的系统，其中，所述一个或多个挡板的所述取向的角度为大约45度。
17.一种用于改进燃料电池性能的交通工具散热器集成系统，包括：
箱存储区，其设置在所述交通工具的底盘上方，所述箱存储区具有存储在其中的一个或多个燃料箱；
间隙，其位于所述箱存储区后面或所述箱存储区之内，所述间隙包括一个或多个散热器或一个或多个挡板，
其中，所述一个或多个散热器被定位成取向角度，
其中，所述一个或多个挡板被定位成挡板角度，
其中，所述一个或多个散热器的所述取向角度或所述一个或多个挡板的所述挡板角度改进空气流移动和热排出。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述散热器的所述取向角度包括向外取向角度或向上取向角度。
19.根据权利要求17所述的系统，其中，所述向外取向角度或所述向上取向角度在从约零度至约90度的范围内。
20.根据权利要求6所述的系统，其中，所述一个或多个挡板的所述挡板角度或所述一个或多个散热器的所述取向角度为大约45度。
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