[發明專利]一種基于斯特林發動機的散熱器

有效

• 申請號: 201210563276.1
• 申請日: 2012-12-21
• 公開（公告）號: CN103883426A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 孫公權;秦兵;孫海;陳利康
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: F02G1/055
• 分類號: F02G1/055;H01M8/04
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

技術領域

本發明涉及散熱器，具體地說是基于斯特林發動機的散熱器及其在質子交換膜燃料電池系統中的應用，主要用于排出燃料電池系統的多余熱量以及冷凝系統產生的水蒸氣，維持系統的水熱平衡。

背景技術

質子交換膜燃料電池是將燃料中的化學能直接轉化為電能的一種化學反應裝置。在質子交換膜燃料電池系統運行過程中，一方面，由于電極反應產生大量的熱，所以需要對系統進行排熱處理以避免因系統過熱導致的電池性能降低；另一方面，為維持系統的水平衡，需要對系統產生的水蒸氣進行冷凝，回收液態水。因此，在質子交換膜燃料電池的系統中，散熱器是重要的部件之一。目前，應用于燃料電池系統的散熱器主要有板式、管式、管帶式三種，通常在散熱器上安裝依靠電力驅動的風扇，以便調節散熱功率。

主板制造商微星科技在2008年的CeBIT全球計算機展中展示出了無需電源的熱動能散熱器，利用芯片組產生的熱量，通過斯特林發動機驅動風扇進行散熱。此散熱器的最大好處是無需任何電力供應，以節省能源消耗。但是燃料電池系統的發熱情況和芯片組的發熱情況不同，熱量并不是集中于某個部件的表面，散熱器如果直接作用于燃料電池電堆會造成電堆溫度不均，容易影響電堆性能。

中國發明專利02107057.1公開了一種復合能量發生裝置，采用環狀的固體電解質型燃料電池圍住斯特林發動機的加熱器，在加熱器內放置催化劑，催化燃燒燃料電池排出的未反應的氣體，燃料電池產生電能，同時燃料電池的熱量以及催化燃燒產生的熱量通過斯特林發動機轉換成機械能。雖然將燃料電池的熱量進行利用，但是該裝置只適用于溫度較高并且燃料廢氣可催化燃燒的燃料電池。

綜合來看，為芯片組等電子元器件散熱用的熱動能散熱器不適用于燃料電池系統，把斯特林發動機和燃料電池組合起來的方式又有很多局限性。

發明內容

本發明針對以上現有技術的不足，提供一種用于燃料電池系統，特別是子交換膜燃料電池系統的基于斯特林發動機的散熱器。

為實現上述目的，本發明提供一種基于斯特林發動機的散熱器，主要包括斯特林發動機、熱交換器、陰極物料散熱器。

于斯特林發動機的加熱端設有熱交換器、于斯特林發動機的曲柄傳動軸的一端設有飛輪，飛輪的內部和/或外部徑向安裝有扇葉，構成一風扇形狀的飛輪；飛輪遠離曲柄傳動軸的一側設有散熱器，飛輪上扇葉轉動時產生的氣流用于陰極物料散熱器散熱；熱交換器將熱量傳遞給斯特林發動機，斯特林發動機把熱能轉換成動能，驅動飛輪轉動，從而輔助陰極物料散熱器散熱。

所述熱交換器與斯特林發動機的置換器氣缸下端緊密貼接；

所述陰極物料散熱器固定于熱交換器上，且與斯特林發動機上的飛輪正相對。

所述斯特林發動機為低溫差γ型斯特林發動機，包括一置換器氣缸，置換器氣缸內設有置換器，置換器上端經置換器軸活動連接有置換器連桿，

于置換器氣缸上部設有動力活塞氣缸，動力活塞置于動力活塞氣缸內部，動力活塞上端活動連接有動力活塞連桿，置換器連桿，和動力活塞連桿分別與曲柄傳動軸活動連接；置換器與動力活塞保持90度相位角；曲柄傳動軸置于曲柄傳動軸支架上，曲柄傳動軸的一端設有飛輪，飛輪的內部和/或外部徑向安裝有扇葉，構成一風扇形狀的飛輪；

置換器氣缸的下端作為置換器底板，其為斯特林發動機的加熱端，置換器氣缸的上端作為置換器頂板，其為斯特林發動機的散熱端，置換器頂板上設有增強散熱功能的翅片。

所述熱交換器包括導熱板及熱交換器物料通道；熱交換器物料通道的兩端分別為熱交換器物料入口和熱交換器物料出口，高溫物料通過熱交換器物料入口進入熱交換器物料通道，并通過熱交換器物料通道將物料的熱量傳遞給導熱板，降溫后的物料從熱交換器物料出口排出熱交換器。

所述散陰極物料熱器為管帶式散熱器或翅片管式散熱器，包括散熱器物料通道、散熱翅片；散熱器物料通道具有散熱器物料入口和散熱器物料出口，高溫物料通過散熱器物料入口進入散熱器物料通道，在飛輪的輔助下將散熱器物料通道內物料的熱量散發出去，冷卻后的物料從散熱器物料出口排出陰極物料散熱器。

所述散熱器可以作為直接液體燃料電池系統散熱器或氫氧質子交換膜燃料電池系統散熱器。

所述熱交換器物料通道用于傳輸所述直接液體燃料電池系統中電堆陽極出口排出的物料，或者用于傳輸所述氫氧質子交換膜燃料電池系統中的電堆冷卻水；所述陰極物料散熱器用于傳輸所述直接液體燃料電池系統或氫氧質子交換膜燃料電池系統中電堆陰極出口排出的氣液混合物。