本發(fā)明專利技術涉及基于碳導熱管的管帶式散熱器，具體地說是管帶式散熱器及其在直接醇類燃料電池系統(tǒng)中的應用。本發(fā)明專利技術所述換熱器由碳導熱管帶和折疊金屬翅片層疊堆壓而成的核心散熱部件以及第一密封端板和第二密封端板構成。本發(fā)明專利技術與現(xiàn)有技術相比，有利于在環(huán)境濕度變化條件下維持燃料電池系統(tǒng)的水熱平衡，換熱器件換熱效率高，體積小，重量輕，耐腐蝕，適用于需求高能量的應急電源、電子產品電源及動力電源。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種基于碳導熱管的管帶式換熱器及其應用
本專利技術涉及管帶式換熱器，具體地說是基于碳導熱管的管帶式換熱器及其在直接 醇類燃料電池系統(tǒng)中的應用，其主要是用于冷凝直接醇類燃料電池系統(tǒng)排出物中的水蒸 汽，回收并循環(huán)使用冷凝下來的液態(tài)水，排出系統(tǒng)的多余熱量，維持系統(tǒng)的水熱平衡。
技術介紹
直接醇類燃料電池是將醇類燃料中的化學能直接轉化為電能的一種化學反應裝 置。由于醇類燃料的比能量高，燃料電池系統(tǒng)結構簡單等優(yōu)點，該類電池在便攜式移動電源 領域具有廣闊的應用前景。在直接醇類燃料電池系統(tǒng)運行過程中，一方面，由于電極反應產生大量的熱，所以 需要對系統(tǒng)進行排熱處理以避免因系統(tǒng)過熱導致的電池性能降低；另一方面，為維持系統(tǒng) 的水平衡，需要對電堆陰極的排出物進行冷凝并回收其中的液態(tài)水。因此，在直接醇類燃料 電池的系統(tǒng)中，常常使用換熱器來解決上述問題以維持整個燃料電池系統(tǒng)的水熱平衡。然 而，作為便攜式移動電源，直接醇類燃料電池系統(tǒng)應具有體積小、重量輕等特點，這就對直 接醇類燃料電池系統(tǒng)用換熱器提出了高效、輕質的要求。目前，應用于直接醇類燃料電池系統(tǒng)的換熱器通常有板式換熱器和管式換熱器及 管帶式換熱器三種。板式換熱器通常是由不銹鋼鋼片層疊堆積而成，當其應用在直接醇類 燃料電池系統(tǒng)中時，陰極流出物和冷卻空氣分別通過不銹鋼鋼片的兩側，通過不銹鋼鋼片 交換熱量。該種換熱器不易于與冷卻風扇集成為一體，需要額外的流量整形空間，從而導致 體積增大。管式換熱器通常是將不銹鋼管彎曲成蛇形，但是由于易產生壓力降，所以鋼管的 長度受限，換熱器換熱效率較低。管帶式換熱器以其重量輕、體積小、傳熱性能好和裝配方 便等優(yōu)點，在國內外汽車內燃機、特別是汽車空調器等領域應用廣泛。然而，從目前的應用 情況來看，管帶式換熱器中管的材質通常為鋁或銅或鋁合金或銅合金，然而上述材料長期 應用于醇類燃料電池系統(tǒng)換熱器中時，會因腐蝕而導致傳質傳熱能力下降。中國專利技術專利200710037491.7公開了一種管束帶式換熱器，包括翅片、管束帶和 帶孔套片，其中管束帶由一根圓管或者數(shù)根并排圓管構成，管束帶的兩頭伸入帶孔套片中， 管束帶彎成蛇形，在蛇形管帶之間放入翅片，翅片通過焊接與管束帶固定。其中，管束帶由 金屬制成，仍不能滿足直接醇類燃料電池換熱器抗腐蝕及質量輕的要求，同時，管束帶彎成 蛇形也使得換熱器體積增大，從而無法滿足直接醇類燃料電池換熱器體積小的需求。中國技術專利201020216063.8公開了一種箱體式多管層換熱器，盡管該換 熱器解決了常規(guī)換熱器結構復雜的問題，同時也避免了換熱器常規(guī)采用的U型彎管結構， 但該換熱器由于體積大、散熱面積不足等問題仍不能滿足直接醇類燃料電池系統(tǒng)的需求。美國專利US005704415披露了一種采用鋁合金管的管帶式換熱器，盡管該換熱器 避免了 U管的連接方式，且換熱效果較好，但其重量體積仍無法達到直接醇類燃料電池系 統(tǒng)的需求。綜合來看，目前針對燃料電池系統(tǒng)水熱平衡問題而采用的換熱器換熱效率不高，體積較大，重量較重，難于與輔助冷卻部件集成等問題仍然是阻礙直接醇類燃料電池系統(tǒng) 能量密度提高的主要障礙之一。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術針對以上現(xiàn)有技術的不足，提供一種用于燃料電池系統(tǒng)，特別是直接醇類 (甲醇、乙醇、乙二醇等)燃料電池系統(tǒng)的管帶式換熱器。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術提供一種管帶式換熱器。一種基于碳導熱管的管帶式散熱器，包括核心散熱單元、第一密封端板和第二密 封端板；所述核心散熱單元由于水平面上投影大小、形狀相同的n+1個碳導熱管帶和n個 金屬散熱片依次交叉層疊堆壓而成，使不同的碳導熱管帶間均由金屬散熱片間隔，其中n 為> I的正整數(shù)；碳導熱管帶由二個以上的碳導熱管于同一平面內平行排列而成；碳導熱管帶水平放置，第一密封端板和第二密封端板均垂直設置，于密封端板的 內側壁面上設置有供流體流過的水平的凹槽；當n為奇數(shù)時，所述第一密封端板的外側壁面上設置有供外部流體流入的流體入 口和供散熱器內部流體向外部流出的流體出口，其內側壁面上從上至下開設有(n+3)/2個相互間隔的水平的凹槽，第一個凹槽與 流體入口相連、且與最上面一塊碳導熱管帶的一端相連通，最后一個凹槽與流體出口相連、 且與最下面一塊碳導熱管帶的一端相連通，第一個凹槽和最后一個凹槽間的凹槽依次分別 與從上至下計的偶數(shù)碳導熱管帶及比此偶數(shù)碳導熱管帶大I的奇數(shù)碳導熱管帶的一端相 連通；所述第二密封端板的內側壁面上開設有(n+l)/2個相互間隔的水平的凹槽，從上至 下計，凹槽依次分別與奇數(shù)碳導熱管帶及比此奇數(shù)碳導熱管帶大I的偶數(shù)碳導熱管帶的一 端相連通；當n為偶數(shù)時，所述第一密封端板的外側壁面上設置有供外部流體流入的流體入 口，內側壁面上開設有(n+2)/2個水平的凹槽，第一個凹槽與流體入口相連、且與最上面 一塊碳導熱管帶的一端相連通，從上至下計，第二個凹槽至最后一個凹槽依次分別與偶數(shù) 碳導熱管帶及比此偶數(shù)碳導熱管帶大I的奇數(shù)碳導熱管帶的一端相連通；所述第二密封 端板的外側壁面上設置有供散熱器內部流體向外部流出的流體出口，內側壁面上開設有 (n+2)/2個水平的凹槽，從上至下計，第一個凹槽至倒數(shù)第二個凹槽依次分別與奇數(shù)碳導熱 管帶及比此奇數(shù)碳導熱管帶大I的偶數(shù)碳導熱管帶的一端相連通，最后一個凹槽與流體出 口相連、且與最下面一塊碳導熱管帶的一端相連通；所述水平凹槽的水平方向的長度與碳導熱管帶的寬度相同，即與垂直碳導熱管的 碳導熱管帶的寬度相同；所述第一密封端板和第二密封端板其內側分別通過密封膠與核心散熱單元的兩 端緊密接合，即所述n+1個碳導熱管帶通過第一和第二密封端板中的凹槽構成了一個可供 流體傳輸?shù)耐暾耐ǖ馈Ｋ鼋饘偕崞瑸檠靥紝峁芊较蛏舷乱来瓮拱计鸱纬纱怪庇谔紝峁艿臍?體通道，形成凹凸狀的波浪結構、鋸齒結構或異形凹凸結構。所述碳導熱管帶，或者由m根完全相同的碳導熱管于同一水平面內依次并行排列而成，或者由兩片完全相同的具有對應凹槽結構的碳板相對壓合而成，或者由碳板材料一 次性模壓成型。所述兩片完全相同的具有凹槽碳板相對壓合時，帶凹槽碳板的脊部，即壓合部位 刷涂有膠黏劑。所述膠黏劑為有機硅膠或環(huán)氧樹脂。所述碳導熱管帶上碳導熱管的孔的直徑為0.5-10mm ;或所述碳導熱管帶上碳導 熱管的孔的寬度和高度均為0.5-10mm。所述金屬散熱片的材料為不銹鋼、銅、鋁、鈦、鎳、或銅、鋁、鈦、鎳中二者或二者以 上的合金；所述金屬散熱片的厚度為0.1-lmm。所述第一密封端板和第二密封端板的材料為聚碳酸酯(PC)、聚乙烯亞胺(PEI)、 或聚丙烯(PP)。所述的基于碳導熱管的管帶式換熱器用于直接醇類燃料電池系統(tǒng)中，以改善系統(tǒng) 的水熱平衡。由于碳材料構成的導熱管帶導熱系數(shù)高、傳質阻力低、質量輕、耐腐蝕；而折疊金 屬散熱翅片可以采用很薄的金屬片沖壓成型，散熱面積大、機械強度高、易于批量生產。因 此，由碳導熱管帶和折疊金屬散熱翅片層疊堆壓構成的核心散熱部件可以滿足直接醇類燃 料電池用換熱器換熱效率高、質量輕、制造容易等特點。同時，本專利技術所述換熱器端部采用 塑料加工的端部密封板密封連接，構成完整的“蛇形”流體流動通道，避免了管帶間的彎頭 連接，減小了散熱器體積。本專利技術應用在燃料電池系統(tǒng)中時本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
一種基于碳導熱管的管帶式散熱器，其特征在于：包括核心散熱單元、第一密封端板和第二密封端板；所述核心散熱單元由于水平面上投影大小、形狀相同的n+1個碳導熱管帶和n個金屬散熱片依次交叉層疊堆壓而成，使不同的碳導熱管帶間均由金屬散熱片間隔，其中n為≥1的正整數(shù)；碳導熱管帶由二個以上的碳導熱管道于同一平面內平行排列而成；碳導熱管帶水平放置，第一密封端板和第二密封端板均垂直設置，于密封端板的內側壁面上設置有供流體流過的水平的凹槽；當n為奇數(shù)時，所述第一密封端板的外側壁面上設置有供外部流體流入的流體入口和供散熱器內部流體向外部流出的流體出口，其內側壁面上從上至下開設有(n+3)/2個相互間隔的水平的凹槽，第一個凹槽與流體入口相連、且與最上面一塊碳導熱管帶的一端相連通，最后一個凹槽與流體出口相連、且與最下面一塊碳導熱管帶的一端相連通，第一個凹槽和最后一個凹槽間的凹槽依次分別與從上至下計的偶數(shù)碳導熱管帶及比此偶數(shù)碳導熱管帶大1的奇數(shù)碳導熱管帶的一端相連通；所述第二密封端板的內側壁面上開設有(n+1)/2個相互間隔的水平的凹槽，從上至下計，凹槽依次分別與奇數(shù)碳導熱管帶及比此奇數(shù)碳導熱管帶大1的偶數(shù)碳導熱管帶的一端相連通；當n為偶數(shù)時，所述第一密封端板的外側壁面上設置有供外部流體流入的流體入口，內側壁面上開設有(n+2)/2個水平的凹槽，第一個凹槽與流體入口相連、且與最上面一塊碳導熱管帶的一端相連通，從上至下計，第二個凹槽至最后一個凹槽依次分別與偶數(shù)碳導熱管帶及比此偶數(shù)碳導熱管帶大1的奇數(shù)碳導熱管帶的一端相連通；所述第二密封端板的外側壁面上設置有供散熱器內部流體向外部流出的流體出口，內側壁面上開設有(n+2)/2個水平的凹槽，從上至下計，第一個凹槽至倒數(shù)第二個凹槽依次分別與奇數(shù)碳導熱管帶及比此奇數(shù)碳導熱管帶大1的偶數(shù)碳導熱管帶的一端相連通，最后一個凹槽與流體出口相連、且與最下面一塊碳導熱管帶的一端相連通；所述水平凹槽的水平方向的長度與碳導熱管帶的寬度相同，即與垂直碳導熱管的碳導熱管帶的寬度相同；所述第一密封端板和第二密封端板其內側分別通過密封膠與核心散熱單元的兩端緊密接合，即所述n+1個碳導熱管帶通過第一和第二密封端板中的凹槽構成了一個可供流體傳輸?shù)耐暾耐ǖ馈?/span>...
【技術特征摘要】
1.一種基于碳導熱管的管帶式散熱器，其特征在于:包括核心散熱單元、第一密封端板和第二密封端板；所述核心散熱單元由于水平面上投影大小、形狀相同的n+1個碳導熱管帶和n個金屬散熱片依次交叉層疊堆壓而成，使不同的碳導熱管帶間均由金屬散熱片間隔，其中n為≥ 1 的正整數(shù)；碳導熱管帶由二個以上的碳導熱管道于同一平面內平行排列而成；碳導熱管帶水平放置，第一密封端板和第二密封端板均垂直設置，于密封端板的內側壁面上設置有供流體流過的水平的凹槽；當n為奇數(shù)時，所述第一密封端板的外側壁面上設置有供外部流體流入的流體入口和供散熱器內部流體向外部流出的流體出口，其內側壁面上從上至下開設有(n+3)/2個相互間隔的水平的凹槽，第一個凹槽與流體入口相連、且與最上面一塊碳導熱管帶的一端相連通，最后一個凹槽與流體出口相連、且與最下面一塊碳導熱管帶的一端相連通，第一個凹槽和最后一個凹槽間的凹槽依次分別與從上至下計的偶數(shù)碳導熱管帶及比此偶數(shù)碳導熱管帶大I的奇數(shù)碳導熱管帶的一端相連通； 所述第二密封端板的內側壁面上開設有(n+l)/2個相互間隔的水平的凹槽，從上至下計， 凹槽依次分別與奇數(shù)碳導熱管帶及比此奇數(shù)碳導熱管帶大I的偶數(shù)碳導熱管帶的一端相連通；當n為偶數(shù)時，所述第一密封端板的外側壁面上設置有供外部流體流入的流體入口， 內側壁面上開設有(n+2)/2個水平的凹槽，第一個凹槽與流體入口相連、且與最上面一塊碳導熱管帶的一端相連通，從上至下計，第二個凹槽至最后一個凹槽依次分別與偶數(shù)碳導熱管帶及比此偶數(shù)碳導熱管帶大I的奇數(shù)碳導熱管帶的一端相連通；所述第二密封端板的外側壁面上設置有供散熱器內部流體向外部流出的流體出口，內側壁面上開設有(n+2)/2 個水平的凹槽，從上至下計，第一個凹槽至倒數(shù)第二個凹槽依次分別與奇數(shù)碳導熱管帶及比此奇數(shù)碳導熱管帶大I的偶數(shù)碳導熱管帶的一端相連通，最后一個凹槽與流體出口相連...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：孫公權，陳利康，孫海，秦兵，
申請(專利權)人：中國科學院大連化學物理研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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