CN103687454A - 储能装置散热*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种储能装置散热***,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***,满足了轻轨车辆散热***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
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***,属于轨道交通储能装置散热***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***一般有两种。第一种散热***为风冷散热***;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***体积增大,占用了较多的车内空间。
现有技术中另一种散热***是采用水冷散热;即,电源箱内固定有储能装置和水冷***的蒸发器,水冷***的蒸发器用于给储能装置降温;虽然水冷散热***可以使整个水冷散热***做到全密封,而且散热效果较好,但由于水冷***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***,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***,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***,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***,由于采用石蜡的相变吸热原理,从而使整个散热***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***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***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***结构图,本实施例提供的储能装置散热***,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***不需要借助外界的热交换设备,能够使整个散热***设置在一个密闭的空间内,从而满足了轻轨车辆散热***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***的体积大大缩小。本实施例提供的储能装置散热***,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***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***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***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***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***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***进行降温,以使本实施例的散热***获得更长的连续工作时间;由于使用车内空调***自带的蒸发器,从而使本发明的散热***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***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***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***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***的散热功率为Q=K×F×△t=10×22×10=2.2kW。本发明实施例的散热***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***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***,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 (10)
1.一种储能装置散热***,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;
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。
2.根据权利要求1所述的储能装置散热***,其特征在于,所述***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***,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***,其特征在于,所述***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***,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***,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***,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***,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***,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***,其特征在于,所述储能装置为电池和/或电容。
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