用于冷却燃料电池的增压空气的冷却方法和系统以及三流体增压空气冷却器.pdf

本发明涉及一种用于冷却车辆燃料电池系统中的加压增压空气的方法和系统，该方法和系统使用第一增压空气冷却器和第二增压空气冷却器。所述系统还包括气－气湿度调节器和燃料电池堆。根据所述方法和系统，阴极废气通过所述气－气湿度调节器，并在第一增压空气冷却器中还用作冷却剂气体。因此，所述燃料电池阴极废气被加热并减少了含水量，从而减少了废气中水分在车辆底部冷凝并淤积的趋势。本发明还提供了一种将所述第一增压空气冷却器和第二增压空气冷却器一体化的三流体换热器。

1.  一种用于冷却燃料电池系统中的加压阴极空气气流的冷却方法，所述燃料电池系统包括燃料电池堆、包括气－气增压空气冷却器的第一增压空气冷却器、气－气湿度调节器以及第二增压空气冷却器，其中，所述冷却方法包括：
(a)提供具有第一温度(T₁)的加压阴极空气气流；
(b)使所述加压阴极空气气流通过所述第一增压空气冷却器并与来自所述燃料电池堆的阴极废气流发生热交换，其中，在所述第一增压空气冷却器进口处，所述阴极废气流具有第二温度(T₂)，并且在所述第一增压空气冷却器出口处，所述加压阴极空气气流被冷却至第三温度(T₃)；
(c)使所述加压阴极空气气流通过所述第二增压空气冷却器，并与液体冷却剂或气体冷却剂发生热交换，所述液体冷却剂或气体冷却剂在液－气增压空气冷却器的冷却剂进口处具有第四温度(T₄)，其中，在所述第二增压空气冷却器出口处，所述加压阴极空气气流被冷却至第五温度(T₅)；
(d)使所述加压阴极空气气流以及所述阴极废气流通过所述气－气湿度调节器，其中，在所述湿度调节器中，水蒸气从阴极废气流转移给加压阴极空气气流；以及
(e)将所述加压阴极空气气流运送至所述燃料电池堆的阴极空气进口；
其中，所述阴极废气流在通过所述第一增压空气冷却器之前穿过所述气－气湿度调节器；且其中，所述加压阴极空气气流在通过所述第二增压空气冷却器之后并且在进入所述燃料电池堆的阴极空气进口之前通过所述气－气湿度调节器。

2.  如权利要求1所述的方法，其中，在正常操作状态下T₂<T₃<T₁。

3.  如权利要求1或2所述的方法，其中，在正常操作状态下T₄<T₅<T₃。

4.  如权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中，在所述气－气湿度调节器的进口处，所述阴极废气流处于第六温度(T₆)，且其中，在所述气－气湿度调节器的出口处，所述加压阴极空气气流处于第七温度(T₇)，其中，在正常操作状态下T₅<T₇<T₆。

5.  如权利要求4所述的方法，其中，在正常操作状态下T₂<T₆。

6.  如权利要求1至5中任意一项所述的方法，其中，所述第二增压空气冷却器是液－气增压空气冷却器，且其中，所述液体冷却剂从燃料电池系统内的一个或多个其他热源吸收热。

7.  如权利要求1至6中任意一项所述的方法，其中，通过所述第一增压空气冷却器从所述加压阴极空气气流移除的热能的量大于通过所述第二增压空气冷却器从所述加压阴极空气气流移除的热能的量。

8.  一种用于产生适于用在燃料电池中的加压阴极空气气流的系统，所述系统包括：
(a)第一增压空气冷却器，所述第一增压空气冷却器包括气－气增压空气冷却器，所述气－气增压空气冷却器用于借助在所述第一增压空气冷却器的进口处具有第二温度(T₂)的气体冷却剂将所述加压阴极空气气流从第一温度(T₁)冷却至第三温度(T₃)；
(b)第二增压空气冷却器，所述第二增压空气冷却器用于借助在所述第二增压空气冷却器的冷却剂进口处具有第四温度(T₄)的液体冷却剂或气体冷却剂将所述加压阴极空气气流从第三温度T₃冷却至第五温度(T₅)；
(c)气－气湿度调节器，所述气－气湿度调节器用于通过从加湿气体转移水分来提高所述加压阴极空气气流的水含量；以及
(d)燃料电池堆，所述燃料电池堆具有阴极空气进口和阴极废气出口；
其中，所述加湿气体包括来自所述燃料电池堆的阴极废气出口的阴极废气流；
所述第一增压空气冷却器的气体冷却剂包括所述阴极废气流；
所述第一增压空气冷却器布置成用于接收来自所述气－气湿度调 节器的所述阴极废气流，且所述气－气湿度调节器布置成用于接收来自所述燃料电池堆的阴极废气出口的阴极废气流。

9.  如权利要求8所述的系统，其中，所述第一增压空气冷却器和第二增压空气冷却器连续地布置成使得所述第二增压空气冷却器从所述第一增压空气冷却器接收温度为第三温度(T₃)的所述加压阴极空气气流。

10.  如权利要求8或9所述的系统，其中，所述第二增压空气冷却器是液－气增压空气冷却器，且其中，所述第一增压空气冷却器和第二增压空气冷却器一体化形成为三流体增压空气冷却器，所述三流体增压空气冷却器包括用于所述加压阴极空气气流的多个流动通道、用于所述气体冷却剂的多个流动通道以及用于所述液体冷却剂的多个流动通道。

11.  如权利要求8至10中任意一项所述的系统，其中，所述阴极空气进口接收来自所述气－气湿度调节器的所述加压阴极空气气流。

12.  如权利要求8至11中任意一项所述的系统，还包括压缩机，所述压缩机接收处于环境温度和压力的环境空气，并且压缩所述环境空气，以产生具有所述第一温度(T₁)的所述加压阴极空气气流，且其中，所述第一增压空气冷却器接收来自所述压缩机的所述加压阴极空气气流。

13.  如权利要求8至12中任意一项所述的系统，其中，所述气－气湿度调节器是隔膜湿度调节器。

14.  如权利要求8或9所述的系统，其中，所述第二增压空气冷却器是气－气增压空气冷却器，其中，所述第二增压空气冷却器通过可变速风机冷却，且其中，所述可变速风机通过控制回路控制，以便将温度T₇保持在期望的范围内。

15.  如权利要求8至13中任意一项所述的系统，其中，所述第二增压空气冷却器是液－气增压空气冷却器，在第二增压空气冷却器内，所述加压阴极空气气流被循环通过冷却回路的液体冷却剂冷却，所述冷却回路还包括所述燃料电池堆，且其中，所述冷却回路包括控 制通过所述燃料电池堆和所述第二增压空气冷却器的液体冷却剂的流量的可变速泵。

16.  一种三流体增压空气冷却器，所述三流体增压空气冷却器包括多块板，所述多块板排列成具有第一端部和第二端部以及从所述第一端部延伸至所述第二端部的长度的板堆叠件，所述板堆叠件沿自身长度被划分成第一部分和第二部分，所述增压空气冷却器具有与多个第一冷却剂流动通道和多个第二冷却剂流动通道交替贯通所述板堆叠件的多个增压空气流动通道，其中，所述三流体增压空气冷却器还包括：
与所述多个增压空气流动通道流体连通的增压空气进口歧管和增压空气出口歧管，其中，所述增压空气进口歧管和增压空气出口歧管安置成靠近所述板堆叠件的两个相对端部；
与所述多个第一冷却剂通道流体连通的第一冷却剂进口歧管和第一冷却剂出口歧管，其中，所述第一冷却剂流动通道沿所述板堆叠件的第二部分延伸，其中，所述第一冷却剂进口歧管位于所述板堆叠件的第二端部处，且所述第一冷却剂出口歧管位于所述板堆叠件的第二部分内，并靠近肋；
与所述多个第二冷却剂流动通道流体连通的第二冷却剂进口歧管和第二冷却剂出口歧管，其中，所述第二冷却剂流动通道沿所述板堆叠件的第一部分延伸，且其中，所述第二冷却剂进口歧管位于所述板堆叠件的第一部分内，并靠近所述肋，并且所述第二冷却剂出口歧管位于所述板堆叠件的第一端部处。

17.  如权利要求16所述的三流体增压空气冷却器，其中，用于所述增压空气、所述第一冷却剂和所述第二冷却剂的进口歧管和出口歧管被所述板堆叠件包封并与所述板堆叠件一体形成。

18.  如权利要求17所述的三流体增压空气冷却器，其中，所述增压空气流动通道沿所述板堆叠件的整个长度延伸。

19.  如权利要求18所述的三流体增压空气冷却器，还包括将所述板堆叠件的第一部分与第二部分划分开的多个肋，其中，所述多个肋中的每个肋形成在所述板堆叠件的多块板中的一块板中，并且每个 肋横向地延伸穿过所述板以将所述多个第一冷却剂流动通道中的一个第一冷却剂流动通道与所述多个第二冷却剂流动通道中的一个第二冷却剂流动通道分隔开，从而使得所述多个肋将所述多个第一冷却剂流动通道与所述多个第二冷却剂流动通道分隔开。

20.  如权利要求16至19中任意一项所述的三流体增压空气冷却器，其中，所述增压空气进口歧管位于所述板堆叠件的第一端部处，并且所述增压空气出口歧管位于所述板堆叠件的第二端部处。

21.  如权利要求16至20中任意一项所述的三流体增压空气冷却器，其中，所述板堆叠件包括多个第一芯部板和多个第二芯部板，每个第一芯部板和每个第二芯部板均具有被直立壁围住的平面板底部；
其中，每个所述第一芯部板的平面板底部密封至所述第二芯部板中的相邻第二芯部板的平面板底部，其中，沿所述第一芯部板的平面板底部和所述第二芯部板的平面板底部密封在一起的成对的第一芯部板和第二芯部板被平面分隔板分隔开。

22.  如权利要求21所述的三流体增压空气冷却器，其中，每对所述成对的第一芯部板和第二芯部板芯部中的第一芯部板和第二芯部板至少之一的平面板底部设置有至少一个孔。

用于冷却燃料电池的增压空气的冷却方法和系统以及三流体增压空气冷却器
相关申请的交叉参照
本申请要求了2012年2月27日提交的美国临时专利申请No.61/603,734的优先权和权益，该专利申请内容通过引用被并入本发明的说明书。
技术领域
本发明涉及一种用于车辆燃料电池系统阴极热管理的方法和系统，并且涉及三流体增压空气冷却器，所述三流体增压空气冷却器可以在所述方法和系统中应用，而且适于在需要气体冷却的其他系统中应用。
背景技术
燃料电池的阴极使用加压增压空气，所述增压空气通过空气压缩机被提升至燃料电池的操作压力。在压缩过程中，空气能够被加热至大约200℃或更高的温度，该温度显著高于燃料电池的操作温度。因此，在加压增压空气抵达燃料电池堆并且在加压增压空气到达可串联在空气压缩机和燃料电池堆之间的湿度调节器之前，使用增压空气冷却器来将加压增压空气冷却至期望的温度。
传统的阴极热管理系统使用液体－空气增压空气冷却器从增压空气移除热。液体冷却剂是循环通过燃料电池冷却系统的典型的水或水－乙二醇混合物。被液体冷却剂吸收的热随后通过车辆前端的换热器(例如散热器)被排放至大气。燃料电池引擎本身也产生废热，由于相对低的电池堆操作温度因此这种废热是低温位的热。这种低温位的热的排放典型地需要相对大的散热器，且通过该同一个散热器排出的 来自增压空气冷却器的附加热负载迫使散热器尺寸进一步增加，以至于散热器可能难以安装在车辆的前端空间内。因此，对增压空气的冷却给燃料电池冷却系统造成了附加的负担，并使已经有限的空间内的安装复杂化。图1A显示了该现有技术的阴极热管理系统的一个示例。
需要用于阴极热管理系统的可替代方法以便减少燃料电池冷却系统上的热负载，同时保证增压空气被冷却至合适的温度。此外，期望减少燃料电池引擎冷却过程中的寄生能量损失。
发明内容
一方面，本发明提供了一种用于在燃料电池系统中冷却加压阴极空气气流的方法，所述燃料电池系统包括：燃料电池堆，包括气－气增压空气冷却器的第一增压空气冷却器，气－气湿度调节器，以及第二增压空气冷却器。所述方法包括：(a)提供具有第一温度(T₁)的所述加压阴极空气气流；(b)使所述加压阴极空气气流通过所述第一增压空气冷却器并与来自所述燃料电池堆的阴极废气流发生热交换，其中，在所述第一增压空气冷却器的进口处，所述阴极废气流具有第二温度(T₂)，且在所述第一增压空气冷却器的出口处，所述加压阴极空气气流被冷却至第三温度(T₃)；(c)使所述加压阴极空气气流通过所述第二增压空气冷却器，并与在液－气增压空气冷却器的冷却剂进口处具有第四温度(T₄)的液体冷却剂或气体冷却剂发生热交换，其中，在所述第二增压空气冷却器的出口处，所述加压阴极空气气流被冷却至第五温度(T₅)；(d)使所述加压阴极空气气流以及所述阴极废气流通过所述气－气湿度调节器，其中，在所述湿度调节器中，水蒸气从阴极废气流转移给加压阴极空气气流；以及(e)将所述加压阴极空气气流运送至所述燃料电池堆的阴极空气进口。所述阴极废气流在穿过所述第一增压空气冷却器之前穿过所述气－气湿度调节器；且其中，所述加压阴极空气气流在通过所述第二增压空气冷却器之后，并在进入所述燃料电池堆的阴极空气进口之前穿过所述湿度调节器。
在一个实施例中，在正常操作状态下温度T₂<T₃<T₁且/或T₄<T₅<T₃。
在一个实施例中，在所述气－气湿度调节器的进口处所述阴极废气流具有第六温度(T₆)，且其中，在所述气－气湿度调节器的出口处所述加压阴极空气气流具有第七温度(T₇)，其中，在正常操作状态下T₅<T₇<T₆。另外，在一些实施例中，在正常操作状态下T₂<T₆。
在一个实施例中，所述第二增压空气冷却器是液－气增压空气冷却器，且其中，所述液体冷却剂从燃料电池系统内的一个或其他多个热源吸收热。
在一个实施例中，通过第一增压空气冷却器从加压阴极空气气流移除的热能的量要大于通过第二增压空气冷却器从加压阴极空气气流移除的热能的量。
在另一方面，本文提供了一种用于产生适于用在燃料电池中的加压阴极空气气流的系统。所述系统包括：(a)第一增压空气冷却器，所述第一增压空气冷却器包括用于借助在第一增压空气冷却器的进口处具有第二温度(T₂)的气体冷却剂将所述加压阴极空气气流从第一温度(T₁)冷却至第三温度(T₃)的气－气增压空气冷却器；(b)第二增压空气冷却器，所述第二增压空气冷却器用于借助于在所述第二增压空气冷却器的冷却剂进口处具有第四温度(T₄)的液体冷却剂或气体冷却剂，将所述加压阴极空气气流从温度T₃冷却至第五温度(T₅)；(c)气－气湿度调节器，所述气－气湿度调节器用于通过从加湿气体转移水分来提高加压阴极空气气流的水含量；以及(d)燃料电池堆，所述燃料电池堆具有阴极空气进口和阴极废气出口。加湿气体包括来自燃料电池堆的阴极废气出口的阴极废气流。第一增压空气冷却器的气体冷却剂包括阴极废气流。第一增压空气冷却器布置成用于接收来自湿度调节器的阴极废气流，且湿度调节器布置成用于接收来自燃料电池堆的阴极废气出口的阴极废气流。
在一个实施例中，第一增压空气冷却器和第二增压空气冷却器连续地布置，使得所述第二增压空气冷却器从所述第一增压空气冷却器接收温度为第三温度(T₃)的所述加压阴极空气气流。
在一个实施例中，第二增压空气冷却器是液－气增压空气冷却器，且其中，第一增压空气冷却器和第二增压空气冷却器一体化形成为三 流体增压空气冷却器，所述三流体增压空气冷却器包括用于加压阴极空气气流的多个流动通道、用于气体冷却剂的多个流动通道以及用于液体冷却剂的多个流动通道。
在一个实施例中，阴极空气进口接收来自可以是隔膜湿度调节器的所述气－气湿度调节器的所述加压阴极空气气流。
在一个实施例中，所述系统还包括压缩机，所述压缩机接收处于环境温度和压力的空气并压缩所述环境空气以产生具有所述第一温度(T₁)的所述加压阴极空气气流，且其中，第一增压空气冷却器接收来自压缩机的加压阴极空气气流。
在一个实施例中，第二增压空气冷却器是气－气增压空气冷却器，其中，第二增压空气冷却器通过可变速风机冷却，且其中，可变速风机通过控制回路控制，以便将温度T7保持在期望的范围内。
在一个实施例中，第二增压空气冷却器是液－气增压空气冷却器，在第二增压空气冷却器内，加压阴极空气气流由循环通过冷却回路的液体冷却剂冷却，所述冷却回路也包括所述燃料电池堆，且其中，冷却回路包括控制通过燃料电池堆和第二增压空气冷却器的液体冷却剂流量的可变速泵。
以及在又一方面，本发明提供了一种三流体增压空气冷却器。所述增压空气冷却器包括多块板，所述多块板排列成具有第一端部和第二端部以及从第一端部延伸至第二端部的长度的板堆叠件，所述板堆叠件沿自身长度被划分成第一部分和第二部分，所述增压空气冷却器具有与多个第一冷却剂流动通道和多个第二冷却剂流动通道交替贯通所述板堆叠件的多个增压空气流动通道。三流体增压空气冷却器还包括：与多个所述增压空气流动通道流体连通的增压空气进口歧管和增压空气出口歧管，其中，增压空气进口歧管和增压空气出口歧管安置成靠近板堆叠件的两个相对端部；与多个所述第一冷却剂流动通道流体连通的第一冷却剂进口歧管和第一冷却剂出口歧管，其中，第一冷却剂流动通道沿板堆叠件的第二部分延伸，其中，第一冷却剂进口歧管位于板堆叠件的第二端部处，且第一冷却剂出口歧管位于板堆叠件的第二部分内，并靠近所述肋；与多个所述第二冷却剂流动通道连通 的第二冷却剂进口歧管和第二冷却剂出口歧管，其中，第二冷却剂流动通道沿所述板堆叠件的第一部分延伸，且其中，第二冷却剂进口歧管位于板堆叠件的第一部分内，并靠近所述肋，且第二冷却剂出口歧管位于板堆叠件的第一端部处。
在一个实施例中，用于增压空气、第一冷却剂和第二冷却剂的进口歧管和出口歧管被板堆叠件包封并与该板堆叠件形成一体，且增压空气流动通道可以沿板堆叠件的整个长度延伸。三流体增压空气冷却器还可以包括将板堆叠件的第一部分与第二部分划分开的多个肋，其中，多个肋中的每个肋形成在板堆叠件的多块板中的一块板中，且每个肋横向地延伸穿过所述板以将所述多个第一冷却剂流动通道中的一个第一冷却剂流动通道与所述多个第二冷却剂流动通道中的一个第二冷却剂流动通道分隔开，使得多个肋将多个第一冷却剂流动通道与多个第二冷却剂通道分隔开。
在一个实施例中，增压空气进口歧管位于板堆叠件的第一端部处，并且增压空气出口歧管位于板堆叠件的第二端部处。
在一个实施例中，板堆叠件包括多个第一芯部板和多个第二芯部板，每个第一芯部板和每个第二芯部板具有被直立壁围住的平面板底部；其中，每个第一芯部板的平面板底部密封至邻近的一个第二芯部板的平面板底部，其中，沿它们自身的板底部密封在一起的成对的第一芯部板和第二芯部板被平面分隔板分隔开。每对所述成对的第一和第二芯部板中的第一芯部板和第二芯部板中的至少之一的平面板底部设置有至少一个孔。
附图说明
现在参考附图在下文本对发明的实施例进行讨论，其中：
图1A是显示用于燃料电池系统阴极热管理的传统方法和系统的示意图。
图1B是显示根据本发明第一实施例的用于燃料电池系统阴极热管理的方法和系统的示意图。
图1C是显示根据本发明第二实施例的用于燃料电池系统阴极热 管理的方法和系统的示意图。
图2是根据第一实施例的换热器芯部的俯视透视图。
图3是根据第一实施例的换热器的第一芯部板的俯视透视图。
图4是第一芯部板的仰视透视图。
图5是根据第一实施例的换热器的第二芯部板的俯视透视图。
图6是第二芯部板的仰视透视图。
图7是分隔板的俯视透视图。
图8是第一实施例的换热器芯部的前俯视透视图。
图9是沿图8中线9-9’的横截面。
图10是沿图8中线10-10’的横截面。
图11是沿图8中线11-11’的横截面。
图12是根据第二实施例的换热器芯部的俯视透视图。
图13是根据第二实施例的换热器的第一芯部板的俯视平面图。
图14是第一芯部板的仰视透视图。
图15是根据第二实施例的换热器的第二芯部板的俯视透视图。
图16是第二芯部板的仰视透视图。
图17是沿图12中线17-17’的横截面。
图18是沿图12中线18-18’的横截面。
图19是沿图12中线19-19’的横截面。
具体实施方式
下文是对在附图中显示的本发明实施例的描述。
在下文中，参考附图1B和1C描述用于对燃料电池系统中的加压阴极空气气流进行冷却并加湿的方法和系统进行讨论。以下的描述涉及燃料电池系统中的各种流体流的具体温度。需理解的是，本文中提到的任何温度仅仅用于说明的目的，并不用来限制本发明。此外，本文披露的温度是在稳定状态或正常操作状态下起到说明性的流体温度，并且在冷启动或其他瞬变状态下存在显著性的温度变化。在正常操作状态下，燃料电池堆中的动力没有根本上变化，并且，大部分由电池堆产生的散发热被燃料电池冷却系统吸收，而燃料电池的能量的 一小部分用于加热阴极气流以帮助电池堆阴极一侧上水分的吸取。
图1B和1C分别示意性地显示了具有燃料电池引擎的车辆(尤其是使用加压和加湿的阴极空气供给的机动车燃料电池引擎系统10)的多个部件，并且具体是涉及向燃料电池阴极供给所述空气的那些部件。
显示的系统10包括：空气压缩机12，该空气压缩机接收处于环境温度的空气并将该空气加压并压缩至适合进入燃料电池堆的压力。对环境空气的压缩导致该空气的温度从环境温度升至升高的温度，在本文中称为第一温度T1。在典型的燃料电池系统中，在空气压缩机12中对环境空气的压缩会产生具有大约200℃的温度的压缩空气。温度T1显著高于燃料电池的操作温度(以及可以安置于燃料电池的上游的湿度调节器的最大耐受温度)，因此由空气压缩机12产生的加压阴极空气气流在其进入湿度调节器和/或燃料电池堆之前必须被冷却。
所述系统还包括第一增压空气冷却器14，该增压空气冷却器是气－气增压空气冷却器。第一增压空气冷却器14从空气压缩机12接收加压阴极空气气流。第一增压空气冷却器包括接收温度为T₁的加压阴极空气气流的阴极空气进口，以及排出处于第三温度T₃的加压阴极空气气流的阴极空气出口，其中T₃<T₁。第一增压空气冷却器14借助从燃料电池阴极废气获得的并具有第二温度T2的气体冷却剂，将加压阴极空气气流从T₁冷却至T₃，其中，在燃料电池系统的稳定状态或正常操作状态下T₂<T₃<T₁。在冷启动和瞬变状态下这些相对的温度可以有一些变化。
第一增压空气冷却器14还包括用于接收温度为T₂的气体冷却剂的冷却剂进口，以及从第一增压空气冷却器14排出气体冷却剂的冷却剂出口。在本发明的实施例中，气体冷却剂的温度T₂在大约90至100℃之间，例如大约94℃，且在第一增压空气冷却器14的冷却剂出口处，气体冷却剂被加压阴极空气气流加热到大约175℃的温度。从第一增压空气冷却器14排出的被加热的气体冷却剂可以释放到环境中或在系统10中作为其他地方的热源使用。
系统10还包括第二增压空气冷却器16，所述第二增压空气冷却器16用于将加压阴极空气气流从温度T₃冷却至第五温度T₅。第二增 压空气冷却器16可以是第二气－气增压空气冷却器，其可以使用可控的可变速风机来控制温度T₅。不论第二增压空气冷却器16使用的是液体或气体的冷却剂，所述冷却剂具有第四温度T₄，其中，在燃料电池系统的稳定状态或正常操作状态下T₄<T₅<T₃。在冷启动和瞬变状态下这些相对的温度可以有一些变化。在稳定状态或正常操作状态下，温度T₅可以在大约85℃至95℃之间，例如大约90℃。在下文借助参考附图1C对系统10的一种变型(其中，第二增压空气冷却器16使用的是液体冷却剂)进行描述。
第二增压空气冷却器16包括接收温度为T₃的加压阴极空气气流的阴极空气进口，以及排出温度为T₅的加压阴极空气气流的阴极空气出口。第二增压空气冷却器16还包括接收温度为T₄的气体或液体冷却剂的冷却剂进口，以及从第二增压空气冷却器16排出冷却剂的冷却剂出口。
第二增压空气冷却器16执行自稳定功能，在更大范围内的操作状态下，特别在冷却要求急剧提高的某些瞬变状态下，所述自稳定功能帮助确保充分的冷却。该自稳定功能确保离开第二增压空气冷却器16的增压空气充分并均衡的冷却。考虑到燃料电池堆和隔膜湿度调节器相对低的操作温度和相对窄的操作温度范围，这是特别重要的，其中，所述隔膜湿度调节器可以安置在燃料电池堆的上游，隔膜湿度调节器和燃料电池堆都具有在大约80至100℃范围之间的典型的平均操作温度。然而，需理解的是，可以不存在任何对第二增压空气冷却器16的出口温度T₅的主动控制。离开燃料电池堆20的阴极废气相对恒定的温度T₆保护湿度调节器在瞬变状态下(例如在电池堆20完全变热时从高温稳定状态加速)不会过热，因为在这样的状态下T₆小于T₅。
当第二增压空气冷却器16通过空气冷却时，通过将第二增压空气冷却器16设置成具有可变速风机(未显示)来实现自稳定，所述可变速风机的操作通过控制回路控制，所述控制回路使用热敏电阻和热电偶来监控燃料电池堆20的进口温度T₇和/或第二增压空气冷却器16的出口温度T₅。
当第二增压空气冷却器16通过水或水/乙二醇冷却剂冷却时，通 过水较大的热容量实现自稳定。例如，如图1C所示，第二增压空气冷却器16和燃料电池堆20可以被包括在共同的冷却回路21中，其中，可变速泵23控制通过回路21的冷却剂流量，所述回路21包括初级堆散热器25和设置在初级堆散热器处的可变速风机27。第二增压空气冷却器16的存在(在风机27和泵23的辅助下)能够在可变的操作状态或万一系统10中另一个部件发生故障的情况下帮助稳定系统并保持燃料电池堆进口温度T₇在一个稳定的温度。为确保燃料电池堆20准确的温度控制，散热器25和风机27以设置在电池堆20上游(且例如可以直接在电池堆20的上游)的方式在图1C中显示，使得排出散热器25的液体冷却剂温度可以与电池堆20接收的液体冷却剂的温度基本上相同。
电池堆进口温度T₇例如通过传感器和控制回路(未显示)可以被主动地控制。电池堆的进口温度T₇和出口温度T₆通过传感器测量，并且如果T₆太高，通过提升泵23的速度来增加普通冷却回路21中冷却剂的流量。这同时增强了电池堆20和第二增压空气冷却器16的冷却效果。相反地，当T₇太低时，通过降低泵23的速度来减少回路21中冷却剂的流量，这同时减弱了电池堆20和第二增压空气冷却器16两者的冷却效果。
系统10还包括用于将加压阴极空气气流的水含量增加至适于进入燃料电池堆的湿度的气－气湿度调节器18。在一个实施例中，气－气湿度调节器18可以包括如美国专利申请公开No.US2012/0181712 A1(该申请通过引用而被全部并入本发明的说明书中)中描述的隔膜湿度调节器。
湿度调节器18包括用于接收具有相对低湿度的加压阴极空气气流的阴极空气进口，以及用于排出处于相对较高湿度的加压阴极空气气流的阴极空气出口。湿度调节器18还包括接收含有要转移给加压阴极空气气流的水分的气体的加湿气体进口，以及用于将除湿后的加湿气体排出湿度调节器18的加湿气体出口。
当加压阴极空气气流被冷却并加湿后流向燃料电池堆20，该电池堆20具有用于接收加压阴极空气气流的加压阴极空气进口，以及用于 排出在燃料电池堆中发生的化学反应产生的阴极废气的阴极废气出口。燃料电池堆20可以被看作是系统10的一个部件，或可以被看作是燃料电池系统的一个分离的部件。
温度调节器18相对大的表面区域使得其成为高效的换热器，且其位于紧挨着燃料电池堆20前面的位置，在万一发生由瞬变状态或系统10中的故障导致的加压阴极空气气流温度出现峰值的情况时帮助稳定系统10并保持燃料电池堆20处具有稳定的进口温度。因此，第二级自稳定由湿度调节器18提供，该第二级自稳定依赖阴极废气的相对稳定的温度T₆来处理从第二增压空气冷却器16处的第一级稳定遗留的加压阴极空气系统中的任何瞬变温度偏移。
如图1中所示的实施例，第一和第二增压空气冷却器连续地排列成使得第二增压空气冷却器16从第一增压空气冷却器14接收温度为T₃的加压阴极空气气流。在相对第二增压空气冷却器16的上游(也就是沿加压阴极空气气流流动的方向)安置第一增压空气冷却器14可能是有利的，特别是当第二增压空气冷却器16是与燃料电池系统的其他产热部件共用冷却剂的液－气增压空气冷却器时。在正常操作的状态下，大多数从加压阴极空气气流移除的热量将通过第一增压空气冷却器14移除，并且较少量的热量通过第二增压空气冷却器16从加压阴极空气气流移除。结果是，至少在正常操作状态下，大部分源自增压空气气流的废热被排到大气中而不是被燃料电池冷却系统吸收。这可以产生几个好处。例如，本发明的系统以及方法在燃料电池系统中的应用可以帮助减少燃料电池引擎冷却系统上的热负载，并可以允许使用更小的散热器，从而节省车辆前端的空间。同时，所述冷却系统可以满足阴极空气气流在瞬变状态下更大的冷却需求。通过将总系统更多的热负载从液体冷却系统转移开，本发明的系统和方法也可以减少燃料电池引擎冷却系统中的寄生能量损失，比如由散热器风机的操作造成的能量损失。
与标准操作相比，本发明的系统和方法附加的好处是，燃料电池阴极排气不再是以大约80－90℃的温度排到大气中，这个温度低到足够导致在车辆底部水或冰(在冬天的操作)的淤积以及水分的凝结。 替代的是，本发明的系统和方法使燃料电池排气在被用以冷却增压空气气流后被加热到更高的温度。将加热的废气以更高的温度排到环境空气中可以避免局部的水凝结和水或冰淤积。
例如，对阴极空气气流的压缩将14.5KW的热能补充进阴极空气气流，并且大致10.5KW的废热被从压缩阴极空气气流移除。第一增压空气冷却器移除了大约10KW的热能，且第二增压空气冷却器16移除了大约0.5KW的热能。这导致热减少大约10KW，否则这些热会被排出到燃料电池液体冷却系统。
一旦被冷却到温度T5，加压阴极空气气流从第二增压空气冷却器16流动到气－气湿度调节器18。
从燃料电池堆20排出的阴极废气流典型地具有大约90至100℃的温度，这个温度略高于进入燃料电池堆20的加压阴极空气气流的温度。此外，由于燃料电池堆内部水分的产生，阴极废气流的湿度相对较高。因此，本发明中，流经湿度调节器18的加湿气体包括来自燃料电池堆20的阴极废气出口的阴极废气流。通过湿度调节器18将水分从燃料电池废气移除也减少了废气的相对湿度。
在湿度调节器18内也可以有相对少量的热交换发生。例如，如上文提到的，排出燃料电池堆20的阴极废气的温度(在图1中由T₆表示)典型地略高于从湿度调节器18提供给燃料电池堆20的加压阴极空气气流的温度(在图1中由T₇表示)。在本发明的一个实施例中，T₆是大约95℃至100℃，例如大约96℃，然而T₇典型地在大约90至95℃之间，例如是大约92℃，其中T₅<T₇<T₆。同样的，这些是在稳定状态或正常操作过程中燃料电池系统内的典型温度，并且在冷启动和瞬变状态下这些温度可以是不同的。
因此，阴极废气流以略为升高的温度T₆进入湿度调节器18，并且被进入湿度调节器18的温度为T₅的加压阴极空气气流略微冷却。结果是，阴极废气流可以以比燃料电池堆20出口处温度T₆略低的温度T₂排出湿度调节器18。从上文的讨论可以得出，将阴极废气流作为冷却剂/或加湿气体的应用将加压阴极空气气流冷却至适合在燃料电池中应用的温度，并且能够避免阴极空气气流的过冷却或冷却不足。
如图1所示，阴极废气流以温度T2排出湿度调节器18，并流向可以紧挨着位于空气压缩机12的下游的气－气增压空气冷却器14。
根据图1，现在在下文对用于冷却并加湿加压阴极空气气流的方法进行描述。
如上文提到的，燃料电池系统可以包括燃料电池堆20、第一增压空气冷却器14、第二增压空气冷却器16以及气体-气体湿度调节器18。
根据本发明，例如由空气压缩机12提供温度为T₁的加压阴极空气气流。加压阴极空气气流随后通过气－气增压空气冷却器14，并将热传递给来自燃料电池堆20的阴极废气流。在第一增压空气冷却器14进口处，阴极废气流具有第二温度T₂，且在第一增压空气冷却器14出口处，加压阴极空气气流由此被冷却至第三温度T₃，其中，在稳定状态或正常操作状态下T₂<T₃<T₁。
加压阴极空气气流随后通过第二增压空气冷却器16并将热量传递给在第二增压空气冷却器16进口处温度为T₄的气体或液体冷却剂。在第二增压空气冷却器16出口处，加压阴极空气气流由此被冷却至温度T₅，其中，在稳定状态或正常操作状态下T₄<T₅<T₃。
加压阴极空气气流随后通过气－气湿度调节器18，在此处加压阴极空气气流的含水量是从阴极废气流吸收的水分。
一旦加压阴极空气气流如上述被冷却并加湿后，其流动至燃料电池堆20的阴极空气进口。
现在已经描述了用于冷却和加湿加压阴极空气气流的系统和方法，下文是对根据本发明的三流体增压空气冷却器进行的描述，该三流体增压空气冷却器将图1中示意性显示的第一增压空气冷却器14和第二增压空气冷却器16一体化。尽管本文描述的三流体增压空气冷却器适于在根据本发明的系统及方法中应用，但这些三流体增压空气冷却器可以在很多其他用于冷却热气流的应用中使用。
现在参考图2至图11在下文对根据本发明第一实施例的三流体增压空气冷却器100进行描述。所述附图显示了换热器100的芯部22的一部分。需要理解的是，换热器100还将包括其他部件，例如用于将换热器100安置于另一个车辆部件的顶板、底板、基板，和用于增 压空气和冷却剂的进口配件和出口配件，这些部件都没有在图中显示。这些部件是传统部件，且它们的外观和位置可以至少部分地由空间限制控制。例如，用于增压空气和冷却剂的进口和出口开口及配件的具体位置和构造以车辆的空气进气系统和燃料电池系统的具体构造为基础，并且将根据不同的应用而变化。
芯部22是“自包封”的，这意味着歧管和流动通道完全包封在形成了芯部22的板堆叠件内，且因此换热器100的芯部22不需要包封在分离的壳体内。
芯部22由多块板组成，这些板接合在一起(例如通过焊接)以便形成用于增压空气和冷却剂的交替流动通道。芯部22包括多个第一芯部板24、多个第二芯部板26以及多个平面分隔板28。
板24、26、28以及芯部22是伸长形的，且限定了在图2中显示的纵向轴线A。所有的板和芯部22包括至少大致与轴线A平行的伸长的侧部，以及横向于轴线A的相对短的端部。
换热器100包括增压空气进口歧管30，在显示的实施例中，该增压空气进口歧管30沿芯部22纵向侧安置并邻近角落，并且该增压空气进口歧管30由相应的板24、26和28中对准的增压空气进口开口32、34和36组成。增压空气进口歧管30延伸贯通芯部22的整个高度。在组装的换热器100中，增压空气进口歧管30的一个端部将由顶板或底板封闭，并且增压空气进口歧管30的另一个端部将通过进口配件(未显示)从空气压缩机12接收高温加压增压空气。需要理解的是，增压空气进口歧管30的精确位置、形状和外观可以与附图中显示的不同。
增压空气出口歧管38沿芯部22的一侧安置并邻近角落。增压空气进口歧管30和增压空气出口歧管38安置在邻近芯部22的两个相对端部处，且如图所示，增压空气进口歧管30和增压空气出口歧管38可以安置在芯部22两个成对角地相对的角落上。增压空气出口歧管38由相应的芯部板24、26和28的对准的增压空气出口开口40、42和44组成。增压空气出口歧管38延伸贯通芯部22的整个高度。歧管38的一个端部将由顶板或底板(未显示)封闭，且与此端部相对的歧 管38的端部将设置成具有用于将冷却的增压空气排放至气－气湿度调节器18的出口配件(未显示)。在图中显示的增压空气出口歧管38的精确位置、形状和外观并不是必须的。必要的是，歧管30和歧管38位于芯部22相对的两个端部，不论这两个歧管是相互直接地相对还是成对角地相对。例如，进口歧管30和出口歧管38可以沿芯部22的同一侧安置，而不是位于成对角地相对的角落，或者这两个歧管可以位于沿芯部22两个端部任意的位置处。
第一芯部板24具有顶面46和底面48。观察如图2所示顶面46，板24具有与板24的增压空气进口开口32及增压空气出口开口40共面的板底部50。板24的板底部50和外周被直立壁52围住，直立壁52具有用于密封至相邻板的平面上密封表面54。直立壁52包括封闭板24外周的外周部分，以及将冷却剂歧管(下文描述的)从板底部50分隔开的直立肋。板24的上密封表面54包括沿直立壁54外周部分延伸的外周凸缘，以及直立壁52的直立肋部分上的平面密封表面。加压增压空气自增压空气进口开口32沿第一芯部板24的顶面46成对角地并纵向地流动穿过板底部50到达增压空气出口开口40。因此，沿板底部50的矩形区域限定了增压空气流动通道51。
换热器100的芯部22还包括由相应的芯部板24、26和28的气体冷却剂进口开口58、60和62组成的气体冷却剂进口歧管56。气体冷却剂进口歧管56沿芯部22的一侧安置，并位于两个端部之间，该设置的原因将在下文说明。由于存在增压空气歧管，气体冷却剂进口歧管56将在一个端部由顶板或者底板封闭，并且歧管56的另一个相对的端部将设置成具有用于接收气体冷却剂的进口配件。例如，在气体冷却剂是阴极废气流时，气体冷却剂进口将构造成用于接收直接或者间接来自燃料电池堆20的阴极废气流。需要理解的是，气体冷却剂进口歧管56的精确位置和外观可以与附图中显示的不同。
芯部22还包括由相应的芯部板24、26和28的对准的气体冷却剂出口开口66、68和70组成的气体冷却剂出口歧管64。气体冷却剂出口歧管64沿芯部22的一侧安置，并邻近芯部22的一个端部。在显示的实施例中，气体冷却剂出口歧管64位于芯部22的角落，并与气体 冷却剂进口歧管成对角地相对，尽管成对角的布置不是必需的。需要理解的是，气体冷却剂出口歧管64的一个端部将由换热器100的顶板或底板封闭，且歧管64另一个相对的端部将设置成具有出口配件，气体冷却剂通过该出口配件被从换热器100排出。借助与增压空气的热交换过程被加热到升高的温度的气体冷却剂可以排放至大气或可以在燃料电池系统中的其他地方使用。
第二芯部板26具有顶面72和底面74。在组装的芯部22中，第二芯部板26的顶面72被固定并密封(比如通过焊接)至芯部22中邻近的第一芯部板24的底面48。参考图5，第二芯部板26具有与气体冷却剂进口开口60和气体冷却剂出口开口68共面的板底面76。板底面76和板26的外周被直立壁78围住，直立壁78设置成具有用于密封至相邻板的上平面密封表面80。直立壁78包括封闭板26的外周的外周部分，以及将增压空气歧管30和38与板底面76分离开的直立肋。板26的上密封表面80包括沿直立壁78的外周部分延伸的外周凸缘，以及位于直立壁78的直立肋部分上的平面密封表面。可以看到，气体冷却剂将从气体冷却剂进口开口60成对角地沿板26底面74上的板底部76流动至气体冷却剂出口开口68。在显示的实施例中，气体冷却剂和增压空气沿轴线A以相对的方向流动。
换热器100的芯部22还包括由相应的芯部板24、26和28中对准的液体冷却剂进口开口84、86和88组成的液体冷却剂进口歧管82。液体冷却剂进口歧管82的一个端部将由顶板或底板封闭，且歧管82的另一个相对端部将设置成具有用于接收来自冷却剂源的液体冷却剂的进口配件。液体冷却剂进口歧管82沿芯部22的一侧安置，并邻近芯部22的一个端部，且在图中示出位于芯部22的角落。需要理解的是，液体冷却剂进口歧管82的精确位置、形状和外观可以与附图中显示的不同。
芯部22还包括由相应的芯部板24、26和28的对准的液体冷却剂出口开口92、94和96组成的液体冷却剂出口歧管90。液体冷却剂出口歧管90沿芯部22的一侧布置，并位于两个端部之间，且在显示的实施例中，液体冷却剂出口歧管90相对于气体冷却剂进口歧管56直 接穿过芯部22布置。
再次参考图5中显示的第二芯部板26的底面74，能够发现液体冷却剂进口开口86和液体冷却剂出口开口94与板底部76共面，并且也被直立外周壁78围住。因此，液体冷却剂从液体冷却剂进口开口86沿第二芯部板26底面74上的板底部76流动至液体冷却剂出口开口94。因此液体冷却剂与增压空气流动的方向相反地沿板底部76成对角地并纵向地流动。
能够发现，气体冷却剂和液体冷却剂都沿第二芯部板26的底面74上的板底部76流动。因此，用于气体冷却剂和液体冷却剂的流动通道相互共面。为了将液体冷却剂流和气体冷却剂流物理上分隔开，第二芯部板26的板底部76设置有直立肋98，直立肋98在板26两个相对侧之间基本上横向地延伸，并将板底部76划分成气体冷却剂流动通道102和液体冷却剂流动通道104。肋98具有与第二芯部板26的直立外周壁78相同的高度，并具有与密封凸缘80共面并结合到密封凸缘80的平面上密封表面106。
如上所述，芯部22中每个第一芯部板24的底面48被固定并密封至一个相邻的第二芯部板26的顶面72。因此，在芯部22中，每个第一芯部板24的顶面46面对相邻的第二芯部板26的底面74。为了将沿着芯部板24的板底部50的增压空气流动通道51与沿着芯部板26的板底部76的冷却剂流动通道102、104分隔开，在每个第一芯部板24的顶面46和每个第二芯部板26的底面74之间设置了薄平面分隔板28。分隔板28具有用于歧管中的每个歧管的开口，以及密封至密封凸缘80和第二芯部板26的上顶部表面106的平面顶面108，以及抵靠第一芯部板24的密封凸缘54密封(例如通过焊接)的平面底面110。因此，增压空气和冷却剂之间的热交换通过平面分割板28进行。
所示的换热器100的芯部22具有从芯部22的两侧凸出的歧管。然而需要理解的是，这种构造并不是必须的。当然，所述芯部的整体形状可以是矩形，并且歧管位于芯部22的矩形区域内。
尽管没有在附图中显示，芯部22中的部分或全部的增压空气流动通道51以及冷却剂流动通道102、104可以设置成具有湍流增强内嵌 件，例如湍流增强件或波状翅片。每个湍流增强件或翅片安装在分隔板28和芯部板24或26的板底部50或76之间，且可以通过焊接固定在一侧或两侧上。如本文中用到的，技术术语“波状翅片”和“湍流增强件”旨在表示具有多个通过侧壁连接的轴向延伸的凸脊或棱的波状湍流增强内嵌件，并且这些凸脊是被圆化的或是平的。如本文定义的，“翅片”具有连续的凸脊，而“湍流增强件”具有沿自身长度中断的凸脊，使得通过湍流增强件的轴向流动是曲折的。湍流增强件有时被称作偏移的或切开的带状翅片，且在美国专利No.RE.35,890(属于So)和美国专利No.6,273,183(属于So等人)中对这种湍流增强件的示例进行了描述。属于So和So等人的专利通过引用被完全并入本说明书。当翅片或湍流增强件设置在增压空气流动通道51内时，翅片或湍流增强件将基本上覆盖板底部50的整个矩形区域。类似地，翅片或湍流增强件可以沿第二芯部板26的板底部76设置在气体和液体冷却剂流动通道102、104内。
除了翅片或湍流增强件，需要理解的是，板24、26的板底部50、76可以设置成具有湍流增强突起，例如肋和/或凹坑(未显示)。此外，需要注意的是相邻的板24、26的板底部50、76的平面部分在芯部22中彼此接触，并将通过焊接典型地密封在一起。可以在每个邻近的成对板的底部50、76内开孔，只要保证孔不会产生泄露通路。所述孔促进了板底部50、76彼此间焊接的可靠性，且还减少了平面部分50、76的双板厚度的热传导阻抗。板24、26之一或两者可以设置有这样的孔，同样只要保证在相邻的板24、26中的孔不会对准形成泄露通路。所述孔可以在尺寸和数量上变化。为达到说明的目的，图8显示了在板底部50中心部分的单个的大切口118(图中虚线)，该切口118用于改进板底部50与相邻板26的板底部76之间的焊接效果。图10显示了板24中的多个小孔119和板26中的孔121，这些孔用以协助将薄板24、26可靠地焊接在一起。如图所示，孔119、112不会彼此重叠，以便避免造成穿过成对的板24、26的泄露通路。此外，需要理解是，孔119、121可以设置成贯通板底部50、76的平面部分(也就是排除肋98的区域)，在肋98的区域中，板24或26都未穿孔，以便 避免泄露通路的形成。
现在将参考附图12至图19在下文对根据本发明第二实施例的换热器200进行描述。换热器200包括具有与换热器100的芯部22相似结构的芯部。换热器200的相同元件由相同的附图标记表示，且在下文省略了这些元件的详细描述。
换热器200的芯部22是自包封的，且不需要外部壳体。换热器200还可以包括位于芯部22底部的底板、位于芯部22顶部的顶板、用于安装的基板、用于增压空气和两种冷却剂的进口配件和出口配件，这些在附图中都没有显示。
芯部22由多个面对面结合在一起的芯部板组成，以便形成用于增压空气和两种冷却剂的交替流动通道。芯部22包括多个第一芯部板24和多个第二芯部板26。尽管换热器200的芯部22是自包封的，且由面对面结合在一起的芯部板24、26组成，需要理解的是，换热器200可以替代地由具有嵌套的直立边缘的碟形板堆叠件组成。可选地，条或板(框架)结构可以应用于换热器，尽管这种构造不适于大批量生产。
换热器200的芯部22包括由相应的芯部板24和26中对准的增压空气进口开口32和34组成的增压空气进口歧管30。芯部22还包括由相应的芯部板24和26的对准的增压空气出口开口40和42组成的增压空气出口歧管38。
如图17和19中截面图所示，第一芯部板24的板底部50与增压空气进口和出口开口32、40共面，使得用于增压空气的流动通道51由第一芯部板24的顶面46和相邻的第二芯部板26的底面74之间的空间限定。
气体冷却剂进口歧管56和气体冷却剂出口歧管64与位于第一芯部板24的底面48和第二芯部板26的顶面72之间的气体冷却剂流动通道102连通。能够发现，第一芯部板24的气体冷却剂进口和出口开口58和66通过完全将开口58和66围住的直立壁52和密封表面54而与增压空气流动通道密封隔开。然而，第二芯部板的气体冷却剂进口和出口开口60和68与板底部76流体连通，使得每个气体冷却剂流 动通道102被限定在第二芯部板的顶面72和相邻的第一芯部板24的底面48之间。
类似地，液体冷却剂进口和出口歧管82和90由相应的液体冷却剂进口开口84、86以及液体冷却剂出口开口92、94限定。第二芯部板26的液体冷却剂进口和出口开口86、94与板底部76流体连通，且因此每个液体冷却剂流动通道104被限定在第二芯部板26的板底部76和相邻的第一芯部板24的板底部50之间。
能够发现，换热器200中板24、26的构造消除了对换热器100的平面分隔板28的需求。然而，如图19所示，由于向上延伸的密封肋(呈直立壁52的形式)和相邻的密封肋122的存在，导致换热器200的增压空气流动通道51在其边缘处具有旁通通道120，向上延伸的密封肋自板24的顶面46向上延伸，相邻的密封肋122自板24的底面48向下延伸。密封肋122密封至从相邻的芯部板26的板底部向上突起的相应肋124，以将冷却剂流动通道102、104的边缘密封。旁通通道120在增压空气进口和出口歧管30、38之间连续地延伸，并且在每个增压空气流动通道中产生用于增压空气的低压下落通道。这些旁通通道120可以部分地或者完全地被该区域中的板的局部变形切断，以形成部分或全部地封闭旁通通道120的肋。例如，如图19所示，相对于密封肋122和旁通通道120升高的板底部50的边缘朝着直立壁52向外变形，以便形成部分地封闭旁通通道120的封闭肋126，同时在密封肋122、124之间留下足够的区域以保持高效的密封。需要理解的是，几个封闭肋126可以沿着板24的两个纵向侧设置在旁通通道120上。
尽管借助参考具体的实施例对本发明进行了描述，但本发明不局限于所列实施例。而是，本发明包括所有可以落在以下权利要求内的实施例。