CN209085404U - 一种应用于燃料电池的新型一次表面换热器 - Google Patents

一种应用于燃料电池的新型一次表面换热器 Download PDF

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李海宾
沈华涛
韩敏芳
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Abstract

本实用新型公开了一种应用于燃料电池的新型一次表面换热器，包括换热组；换热组包括若干翅片单元，相邻的两个翅片单元固定连接；翅片单元包括互相固定连接的两个翅片；翅片包括相对的第一端部和第二端部，第一端部开设有第一翅片B口和第二翅片A口；第二端部开设有第二翅片B口和第一翅片A口；翅片的第二散热面上设有若干B流体凹槽；翅片的第一散热面上设有若干A流体凹槽；互相朝向的两个第一散热面上的A流体凹槽一一对应，形成若干B换热流道；互相朝向的两个第二散热面上的B流体凹槽一一对应，形成若干A换热流道。本实用新型提供的新型一次表面换热器，通过将通用型的翅片进行组装即可进行换热，组合的翅片换热效率高，占用空间小。

Description

一种应用于燃料电池的新型一次表面换热器
技术领域
本实用新型涉及热交换领域，尤其涉及一种应用于燃料电池的新型一次表面换热器。
背景技术
由于固体氧化物燃料电池运行温度较高(800-1000℃)，为了提高系统循环效率，燃料重整气和空气在进入电堆之前都需要经过高效且体积小的热交换器。目前常用的管壳式、板式及一次表面换热器体积相对较大，且热侧和冷侧的变形量较大，无法满足燃料电池的小空间换热需求；其次目前常用的换热器的端部需要安装封条与翅片焊接，封头和接管也是单独焊接的，换热器结构复杂，焊接难度较大，无法保证流道的密封性且翅片难以一次成型。因此现在亟需一种结构相对简单、自带封条的新型一次表面换热器，以满足固体氧化物燃料电池的需求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种应用于燃料电池的新型一次表面换热器，来解决以上问题。
为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种应用于燃料电池的新型一次表面换热器，包括换热组，其特征在于，所述换热组包括至少两翅片单元；所述翅片单元包括两翅片；
翅片包括相对设置的第一散热面和第二散热面；翅片的第一散热面上设有若干A流体凹槽；翅片的第二散热面上设有若干B流体凹槽；
同一所述翅片单元中，一翅片的各A流体凹槽分别正对另一翅片的各A 流体凹槽，围设成若干个A换热流道；
相邻的两所述翅片单元的四个翅片中，所述第二散热面面向设置的两翅片的各B流体凹槽正对设置，形成若干个B换热流道；
翅片的第一端部开设有第一翅片A口；翅片的第二端部开设有第二翅片A口；所述A换热流道连通所述第一翅片A口和所述第二翅片A口；
翅片的第一端部开设有第二翅片B口；翅片的第二端部开设有第一翅片 B口；所述B换热流道连通所述第一翅片B口和所述第二翅片B口；所述第一翅片A口、第二翅片A口、第一翅片B口和第二翅片B口均贯通翅片的第一散热面和第二散热面。
可选的，所述翅片的第一凹槽区从第一散热面向第二散热面凹陷，在第一散热面上形成第一凹槽，在第二散热面上形成第二凸部；所述第一凹槽连通所述第一翅片A口和所述第二翅片A口；
所述第二凸部的流体凹槽区从第二散热面向第一散热面凹陷，在所述第二凸部上形成多个所述B流体凹槽，在所述第一凹槽上形成多个A流体凸部；多个所述A流体凸部将所述第一凹槽分隔为多个所述A流体凹槽；各所述A 流体凹槽连通所述第一翅片A口和所述第二翅片A口；面向设置的两第二散热面上的第二凸部之间留有预定间隙。
可选的，相邻的两所述翅片单元之间设有垫板，所述垫板固定连接两所述翅片单元；
所述垫板上开设有与所述第二凸部相匹配的间隙口、与所述第一翅片B 口相匹配的第一垫板B口、与所述第二翅片B口相匹配的第二垫板B口、与所述第一翅片A口相匹配的第一垫板A口和与所述第二翅片A口相匹配的第二垫板A口；
所述垫板间隙口、第一垫板B口、第二垫板B口、第一垫板A口和第二垫板A口均贯通所述垫板相对的两板面；
所述垫板间隙口连通所述第一垫板B口和第二垫板B口；所述垫板的厚度大于两个第二凸部的凸起厚度之和，以使面向设置的两所述第二散热面上的第二凸部之间留有预定间隙；所述预定间隙等于所述垫板的厚度减去两所述第二凸部的凸起厚度。
可选的，所述新型一次表面换热器还包括第一侧板和第二侧板；所述换热组设于所述第一侧板和第二侧板之间；所述第一侧板上开设有第一侧板B 口和第一侧板A口；所述第二侧板上开设有第二侧板B口和第二侧板A口；
所述第一翅片B口连通所述第一侧板B口，所述第一翅片A口连通所述第一侧板A口；所述第二翅片B口连通所述第二侧板B口，所述第二翅片A 口连通所述第二侧板A口。
可选的，所述B流体凹槽为直槽；所述B流体凹槽的一端朝向所述翅片的第一端部，另一端朝向所述翅片的第二端部；多个所述B流体凹槽等间距平行排布；
多个所述B换热流道和多个所述A换热流道组成蜂窝状结构，各所述B 换热流道位于四个所述A换热流道之间，各所述A换热流道位于四个所述B 换热流道之间；
所述A流体凸部的凸起厚度等于所述第一凹槽的凹陷深度。
可选的，所述第一凹槽包括第一A子凹槽、第二A子凹槽和换热子凹槽；所述第一翅片A口贯通所述第一A子凹槽的槽底，所述第二翅片A口贯通所述第二A子凹槽的槽底，所述换热子凹槽连通所述第一A子凹槽和所述第二 A子凹槽；
各所述A流体凸部和A流体凹槽均位于所述换热子凹槽中。
可选的，所述A流体凹槽朝向所述翅片的第一端部的一端与所述第一翅片A口之间间隔有第一预定距离，形成第一分流道A；所述A流体凹槽朝向所述翅片的第二端部的一端与所述第二翅片A口的之间间隔有第二预定距离，形成第二分流道A；
所述第一分流道A和所述第二分流道A内均设有多个第一分流凸部，各第一分流凸部之间间隔有预定分流距离。
可选的，所述翅片上还设有加强板；所述加强板设于所述第一凹槽的中央；所述加强板的一端朝向所述翅片的第一端部，另一端朝向所述翅片的第二端部；
所述翅片单元内，一所述翅片的加强板与另一所述翅片的加强板固定连接。
可选的，所述第一侧板B口和第一侧板A口均贯通所述第一侧板的相对两板面；所述第二侧板B口和所述第二侧板A口均贯通所述第二侧板的相对两板面；
所述新型一次表面换热器包括多个所述第一侧板和多个所述第二侧板；各所述第一侧板和各所述第二侧板间隔设置；相邻的一所述第一侧板和一所述第二侧板之间设有一所述换热组。
可选的，所述第一侧板和所述第二侧板之间设有多个所述换热组，相邻的两个所述换热组之间设有一分隔板；各所述分隔板内设有A流体入口管道和A流体出口管道，所述A流体入口管道连通与所述分隔板相邻的一所述换热组，所述A流体出口管道连通与所述分隔板相邻的另一所述换热组。
可选的，所述翅片上设有关于第一翅片B口对称的两个第二翅片A口，所述翅片上设有关于所述第一翅片A口对称的两个第二翅片B口；所述第一翅片B口与所述第一翅片A口对称设置；
所述第二侧板上设有与两个所述第二翅片B口分别对应的两个第二侧板 B口；所述第二侧板上设有与两个第二翅片A口分别对应的两个第二侧板A 口。
可选的，所述翅片的第一散热面的中央设有密封条，所述密封条的一端朝向所述翅片的第一端部，另一端朝向所述翅片的第二端部；
所述密封条将所述第一凹槽分隔为左侧第一凹槽和右侧第一凹槽，所述密封条将所述第一翅片A口分隔为左侧第一翅片A口和右侧第一翅片A口；两个所述第二翅片A口分别为左侧第二翅片A口和右侧第二翅片A口；所述左侧第一凹槽连通所述左侧第一翅片A口和所述左侧第二翅片A口，所述右侧第一凹槽连通所述右侧第一翅片A口和所述右侧第二翅片A口；
所述第一侧板A口分隔为左侧第一侧板A口和右侧第一侧板A口，两个所述第二侧板A口分别为左侧第二侧板A口和右侧第二侧板A口；所述左侧第一翅片A口连通所述左侧第一侧板A口，所述右侧第一翅片A口连通所述右侧第一侧板A口，所述左侧第二翅片A口连通所述左侧第二侧板A口；所述右侧第二翅片A口连通所述右侧第二侧板A口。
可选的，所述第一翅片A口分隔为左侧第一翅片A口和右侧第一翅片A 口；两个所述第二翅片A口分别为左侧第二翅片A口和右侧第二翅片A口；所述第一侧板A口分隔为左侧第一侧板A口和右侧第一侧板A口，两个所述第二侧板A口分别为左侧第二侧板A口和右侧第二侧板A口；
所述左侧第一翅片A口连通所述左侧第一侧板A口，所述右侧第一翅片A口连通所述右侧第一侧板A口，所述左侧第二翅片A口连通所述左侧第二侧板A口；所述右侧第二翅片A口连通所述右侧第二侧板A口；
多个所述翅片单元分为若干第一翅片单元和若干第二翅片单元；所述第一翅片单元内两个翅片的第一散热面之间通过第一焊接线焊接，所述左侧第一翅片A口、换热子凹槽和左侧第二翅片A口均位于所述第一焊接线内；所述第二翅片单元内两个翅片的第一散热面之间通过第二焊接线焊接，所述左侧第二翅片A口、换热子凹槽和左侧第二翅片A口均位于所述第二焊接线内。
与现有技术相比，本实用新型有以下有益效果：
本实用新型提供的新型一次表面换热器，通过将改进后的翅片进行组装即可进行换热。由于本实用新型中改进的翅片上设有多个贯通翅片的开口，并且开口和换热流道流通，使得翅片无需与封头或封条进行焊接。翅片之间的焊接难度小，组装简单。翅片可通过冲压一次成型，成本低廉。翅片组合形成的换热组的换热效率高，占用空间小。该新型一次表面换热器的占用空间仅为通用列管式换热器或板翅式换热器的一半左右，尤其适用于需要小空间紧凑的高效传热形式的场合，例如燃料电池系统。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本实用新型实施例一提供的新型一次表面换热器的结构示意图。
图2为本实用新型实施例一提供的第一侧板的结构示意图。
图3为本实用新型实施例一提供的第二侧板的结构示意图。
图4为本实用新型实施例一提供的翅片的第一散热面的结构示意图。
图5为本实用新型实施例一提供的翅片的第二散热面的结构示意图。
图6为本实用新型实施例一提供的换热组的部分截面示意图。
图7为本实用新型实施例一提供的垫板的结构示意图。
图8为本实用新型实施例一提供的换热组的部分结构示意图。
图9为图8的A-A剖面示意图。
图10为图8的B-B剖面示意图。
图11为本实用新型实施例一提供的翅片的第一散热面的另一结构示意图。
图12为本实用新型实施例一提供的翅片的第二散热面的另一结构示意图。
图13为本实用新型实施例一提供的翅片的第一散热面的又一结构示意图。
图14为本实用新型实施例二提供的新型一次表面换热器的结构示意图。
图15为本实用新型实施例四提供的翅片的第一散热面的结构示意图。
图16为本实用新型实施例五提供的第一翅片单元的翅片的第一散热面的结构示意图。
图17为本实用新型实施例五提供的第二翅片单元的翅片的第一散热面的结构示意图。
图示说明：10、第一侧板；101、第一B管道；102、第一A管道；11、第一侧板B口；12、第一侧板A口；20、第二侧板；201、第二B管道；202、第二A管道；21、第二侧板B口；22、第二侧板A口；30、翅片；301、第一散热面焊接线；302、第二散热面焊接线；303、第一焊接线；304、第二焊接线；311、第一翅片B口；312、第二翅片B口；321、第一翅片A口；3211、左侧第一翅片A口；3212、右侧第一翅片A口；322、第二翅片A口；3221、左侧第二翅片A口；3222、右侧第二翅片A口；33、第一凹槽；330、密封条；3301、左侧第一凹槽；3302、右侧第一凹槽；331、第一A子凹槽；332、第二A子凹槽；333、换热子凹槽；341、第一B凹槽；342、第二B凹槽； 351、A流体凸部；352、A流体凹槽；353、第一分流凸部；36、第二凸部； 361、B流体凹槽；371、A换热流道；372、B换热流道；38、加强板；40、垫板；411、第一垫板B口；412、第二垫板B口；421、第一垫板A口；422、第二垫板A口；43、垫板间隙口。
具体实施方式
为使得本实用新型的实用新型目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
本实用新型提供的应用于燃料电池的新型一次表面换热器，利用通用型的翅片30进行组合，换热效率高且体积小。
请参考图1至图3，本实用新型提供的新型一次表面换热器包括第一侧板 10和第二侧板20，第一侧板10和第二侧板20之间设有换热组。
换热组包括多个翅片单元，各翅片单元包括两翅片30。换热组内的所有翅片30互相固定连接。
第一侧板10上开设有贯通第一侧板10相对的两板面的第一侧板A口12 和第一侧板B口11，第二侧板20上开设有贯通第二侧板20相对的两板面的第二侧板A口22和第二侧板B口。第一侧板A口12和第二侧板A口22用于流经A流体。第一侧板B口11和第二侧板B口21用于流经B流体。
具体的，第一侧板B口11连接第一B管道101，第一侧板A口12连接第一A管道102，第二侧板B口21连接第二B管道201，第二侧板A口22 连接第二A管道202。
请参考图4至图6。翅片30包括相对的第一散热面和第二散热面，图4 为第一散热面的结构示意图，图5为第二散热面的结构示意图。
翅片30的第一散热面上设有若干A流体凹槽352。翅片30的第二散热面上设有若干B流体凹槽361。
同一翅片单元中，一翅片30的各A流体凹槽352分别正对另一翅片30 的各A流体凹槽352，围设成若干个A换热流道371。
相邻的两翅片单元的四个翅片30中，第二散热面面向设置的两翅片30 的各B流体凹槽361正对设置，形成若干个B换热流道372。
翅片30的第一端部(图4中的底端部)开设有第一翅片A口321，翅片 30的第二端部(图4中的顶端部)开设有第二翅片A口322。A换热流道371 连通第一翅片A口321和第二翅片A口322。
翅片30的第一端部开设有第二翅片B口312，翅片的第二端部开设有第一翅片B口311。B换热流道连通第一翅片B口311和第二翅片B口312。
第一翅片B口311、第二翅片B口312、第一翅片A口321和第二翅片A 口322均贯通翅片30的第一散热面和第二散热面。
具体的，两正对设置的B流体凹槽361之间留有预定间隙，以使B换热流道372可以连通第一翅片A口321和第二翅片A口322。
第一翅片A口321连通第一侧板A口12，第二翅片A口322连通第二侧板A口22，第一翅片B口311连通第一侧板B口11，第二翅片B口312 连通第二侧板B口21。
翅片30的部分结构从第一散热面向第二散热面凹陷，从而在第一散热面形成第一凹槽33，在第二散热面形成第二凸部36。第一凹槽33连通第一翅片A口321和第二翅片A口322。
具体的，第一凹槽33包括第一A子凹槽331、第二A子凹槽332和换热子凹槽333。第一翅片A口321贯通第一A子凹槽331的槽底，第二翅片A 口322贯通第二A子凹槽332的槽底，换热子凹槽333连通第一A子凹槽331 和第二A子凹槽332。
为便于拼装，环绕第一翅片B口311和第二翅片B口312的部分结构从第一散热面向第二散热面凹陷，形成第一B凹槽341和第二B凹槽342，第一翅片B口311贯通第一B凹槽341的槽底，第二翅片B口312贯通第二B 凹槽342的槽底。
第二凸部36的部分结构从第二散热面向第一散热面凹陷，从而在第二凸部36中形成多个B流体凹槽361，在第一凹槽33中形成多个A流体凸部351。
多个A流体凸部351将换热子凹槽333分隔为多个A流体凹槽352，各 A流体凹槽352均连通第一翅片A口321和第二翅片A口322。具体的，A 流体凹槽352位于换热子凹槽333中。
各A流体凹槽352的一端朝向翅片30的第一端部，另一端朝向翅片30 的第二端部。各B流体凹槽361的一端朝向翅片30的第一端部，另一端朝向翅片30的第二端部。
第二散热面面向设置的两翅片30的第二凸部36之间留有预定间隙，使两正对设置的A流体凹槽352之间留有预定间隙，进而使B换热流道371连通第一翅片B口311和第二翅片B口312。A流体凸部351的凸起厚度等于第一凹槽33的凹陷深度。
多个B换热流道372和多个A换热流道371组成蜂窝状结构，各B换热流道372位于四个A换热流道371之间，各A换热流道371位于四个B换热流道372之间。该结构使得一次表面热交换器的换热效率高。
A流体凹槽352为直槽，多个A流体凹槽352平行且等间距排布。B流体凹槽361为直槽，多个B流体凹槽361平行且等间距排布。
直槽可以减少流阻损失。可以理解的是，如为了增加流道的长度并减少流道的数目，可以将A流体凹槽352或者B流体凹槽361设为其他形状如U 型槽、S型槽和Z型槽等，其他形状的凹槽均应在本实用新型的保护范围内。
在本实施例中，A流体凹槽352朝向翅片30的第一端部的一端与第一翅片A口321之间间隔有第一预定距离，形成第一分流道A。类似的，A流体凹槽352朝向翅片30的第二端部的一端与第二翅片A口322之间间隔有第二预定距离，形成第二分流道A。
第一分流道A和第二分流道A内均设有多个第一分流凸部353，各第一分流凸部353之间间隔有预定分流距离。各第一分流凸部353使A流体进入 A换热流道371之前进行分流，使A流体进入各A换热流道371的量较为均匀，并且还能起到在该区域使流道相互支持的作用。
请参考图1、图7-图10，在本实施例中，为了保证相邻的两个翅片30的第二凸部36之间的间隙，相邻的两个翅片单元之间还设有垫板40。垫板40 固定连接两个翅片单元。
垫板40上开设有与第二凸部36相匹配的垫板间隙口43、与第一翅片B 口311相匹配的第一垫板B口411、与第二翅片B口312相匹配的第二垫板B 口412、与第一翅片A口321相匹配的第一垫板A口421和与第二翅片A口 322相匹配的第二垫板A口422。垫板间隙口43、第一垫板B口411、第二垫板B口412、第一垫板A口421和第二垫板A口422均贯通垫板40相对的两板面。
垫板间隙口43连通第一垫板B口411和第二垫板B口412，垫板40的厚度大于两个第二凸部36的凸起厚度之和，以使两个第二凸部36之间留有预定间隙。预定间隙等于垫板40的厚度减去两个第二凸部36的凸起厚度。
第一垫板A口421和第二垫板A口422与垫板间隙口43不连通，以阻止A流体进入A换热流道371。
贯通的多个第一翅片A口321组成第一A空腔，贯通的多个第二翅片A 口322组成第二A空腔。各A换热流道371连通第一A空腔和第二A空腔。第一侧板A口12连通第一A空腔，第二侧板20密封第一A空腔朝向第二侧板20的一端。第二侧板A口22连通第二A空腔，第一侧板10密封第二A 空腔朝向第一侧板10的一端。
类似的，贯通的多个第一翅片B口311和多个第一垫板B口411组成第一B空腔，贯通的多个第二翅片B口312和多个第二垫板B口412组成第二 B空腔。各B换热流道372连通第一B空腔和第二B空腔。第一侧板B口11 连通第一B空腔，第二侧板20密封第一B空腔朝向第二侧板20的一端。第二侧板B口21连通第二B空腔，第一侧板10密封第二B空腔朝向第一侧板10的一端。
根据需求可将第一侧板A口12设为A流体入口，第二侧板A口22设为 A流体出口；或者将第一侧板A口12设为A流体出口，第二侧板A口22设为A流体入口。根据需求可将第一侧板B口11设为B流体入口，第二侧板B 口21设为B流体出口；或者将第一侧板B口11设为B流体出口，第二侧板 B口21设为B流体入口。
B流体入口和A流体入口位于同一侧板时，B流体和A流体顺流流动。 B流体入口和A流体入口位于不同侧板时，B流体和A流体逆流流动。本实用新型提供的新型一次表面换热器适用于逆流形式和顺流形式，适用范围广。根据需求可将B流体设为冷质，A流体设为热质；或者将B流体设为热质， A流体设为冷质。
请参考图11和图12，在本实施例中，翅片单元内的两个翅片30之间，以及翅片单元与翅片单元之间均通过焊接连接，以保证密封效果。如图11所示，翅片30的第一散热面焊接线301设于第一凹槽33内，第一翅片A口321 和第二翅片A口322和各A流体凹槽352均位于第一散热面焊接线301内，使A流体的换热过程密封性好。
如图12所示，翅片30的第二散热面焊接线302设于第二凸部36外，第一翅片B口311、第二翅片B口312和各B流体凹槽361均位于第二散热面焊接线302内，使B流体的换热过程密封性好。
焊接时，翅片30的各槽顶和槽底的连接可通过点焊或错位银基钎焊的方法，使相邻的翅片30接触稳定并相互约束厚度方向的变形。
在本实施例中，各翅片30上设有关于第一翅片A口321对称的两个第二翅片B口312。各翅片30上设有关于第一翅片B口311对称的两个第二翅片 A口322。第一翅片B口311与第一翅片A口321对称设置。
对应的，第二侧板20上设有与两个第二翅片B口312分别对应的两个第二侧板B口21，第二侧板20上设有与两个第二翅片A口322分别对应的两个第二侧板A口22。
请参考图12，当翅片30变形较大时，可在翅片30上增设加强板38，加强板38可对翅片30进行支撑，减小翅片30的变形。组装时，翅片单元内，一翅片30上加强板38通过肋条与相邻的翅片30上的加强板38进行焊接。具体的，加强板38可设于第一凹槽33的中央，加强板38包括相对的两端，一端朝向翅片30的第一端部，另一端朝向翅片30的第二端部。
在本实施例中，翅片30由较薄的耐高温不锈钢板冲压而成，耐高温不锈钢板的厚度为0.2-0.4mm。
为了适应不同的换热需求，可以通过调节第一凹槽33的深度、B流体凹槽361的深度和宽度、A流体凹槽352的深度和宽度等来调节B流体和A流体的传热面积。通过无量纲因子努塞尔数Nu和普朗特数Pr以及雷诺数Re等参数监测换热系数，确定达到理想的换热效果。
如用空气和烟气分别作为B流体和A流体换热时，Re＝ρvL/μ；其中ρ、 v、L、μ分别代表流体的密度、流体速度、特征长度、粘度系数，ρ和μ由流体的物性决定，v由流体的流量和阻力决定，L由换热器的结构尺寸确定。
普朗特数Pr由流体物性参数组成的无量纲参数，表明温度边界层和流动边界层的关系，反映流体物理性质对对流传热过程的影响，表达式为：Pr＝Cp μ/k；μ为动力粘度，cp为等压比热容，k为热导系数。
努塞尔特数Nu是长度与热边界层厚度之比，表达式为：Nu＝hL/k，h、L、 k分别是对流传热系数、特征长度和热传导系数。
本实施例提供的新型一次表面换热器，通过将本实施例中改进后的翅片 30进行组装即可进行换热，无需再使用封头和封条等部件，焊接难度小，组装简单。翅片30可通过冲压一次成型，成本低廉。且组合的翅片30换热效率高，占用空间小，该新型一次表面换热器的占用空间仅为通用列管式换热器或板翅式换热器的一半左右，尤其适用于需要小空间紧凑的高效传热形式的场合，例如燃料电池系统。
实施例二
本实施例在实施例一的基础上进行了改进。将多个换热组串联，使新型一次表面换热器成为多流程换热器。
请参考图14，在本实施例中，新型一次表面换热器包括多个换热组、多个第一侧板10和多个第二侧板20。第一侧板10和第二侧板20间隔设置，各换热组设于相邻的第一侧板10和第二侧板20之间。
如图所示，本实施例提供的新型一次表面换热器具体包括三个换热组、两个个第一侧板10和两个第二侧板20。为便于描述，将三个换热组按照从上至下的顺序依次定义为换热组Ⅰ、换热组Ⅱ和换热组Ⅲ，两个个第一侧板10按照从上至下的顺序依次定义为第一侧板10Ⅰ、第一侧板10Ⅱ，两个个第二侧板20按照从上至下的顺序依次定义为第二侧板20Ⅰ、第二侧板20Ⅱ，B流体在换热组Ⅰ、换热组Ⅱ和换热组Ⅲ的流动定义为流体的流程Ⅰ、流程Ⅱ和流程Ⅲ。
B流体的流程Ⅰ：B流体从第一侧板10Ⅰ的第一侧板B口11进入换热组Ⅰ的第一B空腔。由于换热组Ⅰ的第一B空腔的另一端被第二侧板20Ⅰ密封，B 流体从换热组Ⅰ的第一B空腔进入其B换热流道372，然后进入其第二B空腔，并通过第二侧板20Ⅰ的第二侧板B口21流出。
B流体的流程Ⅱ：B流体从第二侧板20Ⅱ的第二侧板B口21流出后进入换热组Ⅱ的第二B空腔，由于换热组Ⅱ的第二B空腔的另一端被第一侧板10Ⅱ密封，流体从换热组Ⅱ的第二B空腔进入其B换热流道372，然后进入其第一 B空腔，并通过第一侧板10Ⅱ的第一侧板B口11流出。
B流体的流程Ⅲ：B流体的流程Ⅲ与B流体的流程Ⅰ类似，B流体从第一侧板10Ⅱ的第一侧板B口11流出后进入换热组Ⅲ的第一B空腔。由于换热组Ⅲ的第一B空腔的另一端被第二侧板20Ⅱ密封，B流体从换热组Ⅲ的第一B 空腔进入其B换热流道372，然后进入其第二B空腔，并通过第二侧板20Ⅱ的第二侧板B口21流出。
A流体的流程与B流体的流程类似，在此不再赘述。
本实施例通过将多个换热组串联，使新型一次表面换热器成为多流程换热器，使换热更加完全。串联方式简单，无需其他部件。换热组的数量可根据需求设置，适用范围广。
实施例三
本实施例在实施例二的基础上进行。
本实施例将位于换热组和换热组之间的第一侧板10和第二侧板20均变更为分隔板，各分隔板内设有A流体入口管道和A流体出口管道。一分隔板与两个换热组相邻，A流体入口管道连通与分隔板相邻的一换热组，A流体出口管道连通与分隔板相邻的另一换热组。
由此，上一流程完成换热的A流体通过分隔板流出，另一未经换热的A 流体进入下一流程。由此，可使A流体的不同流程流通不同流体，只要A流体有足够的换热量就可对多种流体进行换热。
本实施例通过将多个换热组串联，并设置A流体入口管道和A流体出口管道，使一种B流体可对多种A流体进行换热。
实施例四
本实施例在实施例一的基础上进行。
请参考图14，在本实施例中，在翅片30的中央设置密封条330，以对翅片30进行焊接密封。密封条330的一端朝向翅片30的第一端部，另一端朝向翅片30的第二端部。
密封条330将第一凹槽33分隔为左侧第一凹槽3301和右侧第一凹槽 3302。密封条330还将第一翅片A口321分隔为左侧第一翅片A口3211和右侧第一翅片A口3212。
对应的，定义实施例一中已有的：关于第一翅片B口311对称的两个第二翅片A口322，分别为左侧第二翅片A口3221和右侧第二翅片A口3222。
左侧第一凹槽3301连通左侧第一翅片A口3211和左侧第二翅片A口3221，右侧第一凹槽3302连通右侧第一翅片A口3212和右侧第二翅片A口 3222。
对应的，第一侧板A口12也分隔为左侧第一侧板A口和右侧第一侧板A 口。定义实施例一中已有的：两个第二侧板A口22，分别为左侧第二侧板A 口和右侧第二侧板A口。
左侧第一翅片A口3211连通左侧第一侧板A口，右侧第一翅片A口3212 连通右侧第一侧板A口。左侧第二翅片A口3221连通左侧第二侧板A口，右侧第二翅片A口3222连通右侧第二侧板A口。
由此，左侧第一凹槽3301中的A流体凹槽352和右侧第一凹槽3302中的A流体凹槽352并联，可形成并联的两组A换热流道371以流通不同的流体。这种并联方式要求不同的流体在A换热流道371中换热时的温度变化接近，以确保翅片30整体的均匀变形。
通过使左侧第一侧板A口和右侧第一侧板A口连通不同的流体管道，使左侧第一凹槽3301和右侧第一凹槽3302内流通不同的流体。从而使一种B 流体可对多种流体进行换热。
本实施例通过增设密封条330对翅片30进行焊接密封，形成并联的两组 A换热流道371流通不同的流体，进而使得一种B流体可对多种流体进行换热。
实施例五
本实施例在实施例一的基础上进行改进。
请参考图16和图17，在本实施例中，第一翅片A口321分隔为左侧第一翅片A口3211和右侧第一翅片A口3212。
对应的，定义实施例一中已有的：关于第一翅片30口对称的两个第二翅片A口322，分别为左侧第二翅片A口3221和右侧第二翅片A口3222。
对应的，第一侧板A口12也分隔为左侧第一侧板A口和右侧第一侧板A 口。定义实施例一中已有的：两个第二侧板A口22，分别为左侧第二侧板A 口和右侧第二侧板A口。
左侧第一翅片A口3211连通左侧第一侧板A口，右侧第一翅片A口3212 连通右侧第一侧板A口。左侧第二翅片A口3221连通左侧第二侧板A口，右侧第二翅片A口3222连通右侧第二侧板A口。
多个翅片单元分为若干第一翅片单元和若干第二翅片单元。其中，第一翅片单元内的两个翅片30的第一散热面的焊接线定义为第一焊接线303，如图16所示，左侧第一翅片A口3211、换热子凹槽333和左侧第二翅片A口 3221均位于第一焊接线303内，使得A流体可从左侧第一翅片A口3211经由A换热流道371流至左侧第二翅片A口3221。
第二翅片单元内的两个翅片单元的第一散热面的焊接线定义为第二焊接线304，如图16所示，右侧第一翅片A口3212、换热子凹槽333和右侧第二翅片A口3222均位于第二焊接线304中，使得A流体从右侧第一翅片A口经由A换热流道371流至右侧第二翅片A口3222。
通过使左侧第一侧板A口和右侧第一侧板A口连通不同的流体管道，可使第一翅片单元内和第二翅片单元内流通不同的流体A。从而使一种B流体可对多种流体进行换热。
本实施例通过在不同的翅片单元内采用不同的焊接线，使得不同的翅片单元内可流通不同的流体，从而使一种B流体可对多种流体进行换热。
以上所述，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (13)

1.一种应用于燃料电池的新型一次表面换热器，包括换热组，其特征在于，所述换热组包括至少两翅片单元；所述翅片单元包括两翅片；
翅片包括相对设置的第一散热面和第二散热面；翅片的第一散热面上设有若干A流体凹槽；翅片的第二散热面上设有若干B流体凹槽；
同一所述翅片单元中，一翅片的各A流体凹槽分别正对另一翅片的各A流体凹槽，围设成若干个A换热流道；
相邻的两所述翅片单元的四个翅片中，所述第二散热面面向设置的两翅片的各B流体凹槽正对设置，形成若干个B换热流道；
翅片的第一端部开设有第一翅片A口；翅片的第二端部开设有第二翅片A口；所述A换热流道连通所述第一翅片A口和所述第二翅片A口；
翅片的第一端部开设有第二翅片B口；翅片的第二端部开设有第一翅片B口；所述B换热流道连通所述第一翅片B口和所述第二翅片B口；所述第一翅片A口、第二翅片A口、第一翅片B口和第二翅片B口均贯通翅片的第一散热面和第二散热面。
2.根据权利要求1所述的新型一次表面换热器，其特征在于，所述翅片的第一凹槽区从第一散热面向第二散热面凹陷，在第一散热面上形成第一凹槽，在第二散热面上形成第二凸部；所述第一凹槽连通所述第一翅片A口和所述第二翅片A口；
所述第二凸部的流体凹槽区从第二散热面向第一散热面凹陷，在所述第二凸部上形成多个所述B流体凹槽，在所述第一凹槽上形成多个A流体凸部；多个所述A流体凸部将所述第一凹槽分隔为多个所述A流体凹槽；各所述A流体凹槽连通所述第一翅片A口和所述第二翅片A口；面向设置的两第二散热面上的第二凸部之间留有预定间隙。
3.根据权利要求2所述的新型一次表面换热器，其特征在于，相邻的两所述翅片单元之间设有垫板，所述垫板固定连接两所述翅片单元；
所述垫板上开设有与所述第二凸部相匹配的间隙口、与所述第一翅片B口相匹配的第一垫板B口、与所述第二翅片B口相匹配的第二垫板B口、与所述第一翅片A口相匹配的第一垫板A口和与所述第二翅片A口相匹配的第二垫板A口；
所述垫板间隙口、第一垫板B口、第二垫板B口、第一垫板A口和第二垫板A口均贯通所述垫板相对的两板面；
所述垫板间隙口连通所述第一垫板B口和第二垫板B口；所述垫板的厚度大于两个第二凸部的凸起厚度之和，以使面向设置的两所述第二散热面上的第二凸部之间留有预定间隙；所述预定间隙等于所述垫板的厚度减去两所述第二凸部的凸起厚度。
4.根据权利要求3所述的新型一次表面换热器，其特征在于，所述新型一次表面换热器还包括第一侧板和第二侧板；所述换热组设于所述第一侧板和第二侧板之间；所述第一侧板上开设有第一侧板B口和第一侧板A口；所述第二侧板上开设有第二侧板B口和第二侧板A口；
所述第一翅片B口连通所述第一侧板B口，所述第一翅片A口连通所述第一侧板A口；所述第二翅片B口连通所述第二侧板B口，所述第二翅片A口连通所述第二侧板A口。
5.根据权利要求2所述的新型一次表面换热器，其特征在于，所述B流体凹槽为直槽；所述B流体凹槽的一端朝向所述翅片的第一端部，另一端朝向所述翅片的第二端部；多个所述B流体凹槽等间距平行排布；
多个所述B换热流道和多个所述A换热流道组成蜂窝状结构，各所述B换热流道位于四个所述A换热流道之间，各所述A换热流道位于四个所述B换热流道之间；
所述A流体凸部的凸起厚度等于所述第一凹槽的凹陷深度。
6.根据权利要求2所述的新型一次表面换热器，其特征在于，所述第一凹槽包括第一A子凹槽、第二A子凹槽和换热子凹槽；所述第一翅片A口贯通所述第一A子凹槽的槽底，所述第二翅片A口贯通所述第二A子凹槽的槽底，所述换热子凹槽连通所述第一A子凹槽和所述第二A子凹槽；
各所述A流体凸部和A流体凹槽均位于所述换热子凹槽中。
7.根据权利要求2所述的新型一次表面换热器，其特征在于，所述A流体凹槽朝向所述翅片的第一端部的一端与所述第一翅片A口之间间隔有第一预定距离，形成第一分流道A；所述A流体凹槽朝向所述翅片的第二端部的一端与所述第二翅片A口的之间间隔有第二预定距离，形成第二分流道A；
所述第一分流道A和所述第二分流道A内均设有多个第一分流凸部，各第一分流凸部之间间隔有预定分流距离。
8.根据权利要求2所述的新型一次表面换热器，其特征在于，所述翅片上还设有加强板；所述加强板设于所述第一凹槽的中央；所述加强板的一端朝向所述翅片的第一端部，另一端朝向所述翅片的第二端部；
所述翅片单元内，一所述翅片的加强板与另一所述翅片的加强板固定连接。
9.根据权利要求4所述的新型一次表面换热器，其特征在于，所述第一侧板B口和第一侧板A口均贯通所述第一侧板的相对两板面；所述第二侧板B口和所述第二侧板A口均贯通所述第二侧板的相对两板面；
所述新型一次表面换热器包括多个所述第一侧板和多个所述第二侧板；各所述第一侧板和各所述第二侧板间隔设置；相邻的一所述第一侧板和一所述第二侧板之间设有一所述换热组。
10.根据权利要求4所述的新型一次表面换热器，其特征在于，所述第一侧板和所述第二侧板之间设有多个所述换热组，相邻的两个所述换热组之间设有一分隔板；各所述分隔板内设有A流体入口管道和A流体出口管道，所述A流体入口管道连通与所述分隔板相邻的一所述换热组，所述A流体出口管道连通与所述分隔板相邻的另一所述换热组。
11.根据权利要求4所述的新型一次表面换热器，其特征在于，所述翅片上设有关于第一翅片B口对称的两个第二翅片A口，所述翅片上设有关于所述第一翅片A口对称的两个第二翅片B口；所述第一翅片B口与所述第一翅片A口对称设置；
所述第二侧板上设有与两个所述第二翅片B口分别对应的两个第二侧板B口；所述第二侧板上设有与两个第二翅片A口分别对应的两个第二侧板A口。
12.根据权利要求11所述的新型一次表面换热器，其特征在于，所述翅片的第一散热面的中央设有密封条，所述密封条的一端朝向所述翅片的第一端部，另一端朝向所述翅片的第二端部；
所述密封条将所述第一凹槽分隔为左侧第一凹槽和右侧第一凹槽，所述密封条将所述第一翅片A口分隔为左侧第一翅片A口和右侧第一翅片A口；两个所述第二翅片A口分别为左侧第二翅片A口和右侧第二翅片A口；所述左侧第一凹槽连通所述左侧第一翅片A口和所述左侧第二翅片A口，所述右侧第一凹槽连通所述右侧第一翅片A口和所述右侧第二翅片A口；
所述第一侧板A口分隔为左侧第一侧板A口和右侧第一侧板A口，两个所述第二侧板A口分别为左侧第二侧板A口和右侧第二侧板A口；所述左侧第一翅片A口连通所述左侧第一侧板A口，所述右侧第一翅片A口连通所述右侧第一侧板A口，所述左侧第二翅片A口连通所述左侧第二侧板A口；所述右侧第二翅片A口连通所述右侧第二侧板A口。
13.根据权利要求11所述的新型一次表面换热器，其特征在于，所述第一翅片A口分隔为左侧第一翅片A口和右侧第一翅片A口；两个所述第二翅片A口分别为左侧第二翅片A口和右侧第二翅片A口；所述第一侧板A口分隔为左侧第一侧板A口和右侧第一侧板A口，两个所述第二侧板A口分别为左侧第二侧板A口和右侧第二侧板A口；
所述左侧第一翅片A口连通所述左侧第一侧板A口，所述右侧第一翅片A口连通所述右侧第一侧板A口，所述左侧第二翅片A口连通所述左侧第二侧板A口；所述右侧第二翅片A口连通所述右侧第二侧板A口；
多个所述翅片单元分为若干第一翅片单元和若干第二翅片单元；所述第一翅片单元内两个翅片的第一散热面之间通过第一焊接线焊接，所述左侧第一翅片A口、换热子凹槽和左侧第二翅片A口均位于所述第一焊接线内；所述第二翅片单元内两个翅片的第一散热面之间通过第二焊接线焊接，所述左侧第二翅片A口、换热子凹槽和左侧第二翅片A口均位于所述第二焊接线内。
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