用于管理燃料电池系统运行的集成歧管和燃料电池系统的制作方法

本公开广泛涉及用于防止燃料电池系统二次流中出现积水的系统和方法。

背景技术：

1、燃料电池由多个组件构成，包括中心位置的膜电极组件(mea)、膜电极组件(mea)两侧的气体扩散层(gdl)，以及气体扩散层(gdl)另一侧的双极板(bpp)。膜电极组件(mea)用于在燃料电池中产生电化学反应。与mea相邻的gdl用于促进反应物扩散，处理燃料电池堆内的水运输，保护mea免受流场通道的影响，并提高导电性。

2、燃料电池堆可以作为封闭系统运行，以防止意外损失燃料，并改善燃料消耗和效率。燃料流从电池堆阳极出口排出，并作为二次流通过阳极入口再循环回阳极。再循环回到阳极入口的燃料流废气可能同时包括燃料和水。由于二次流的温度下降，其中可能积聚过量的水。这种积水可能会影响燃料电池堆的性能和寿命。

3、因此，需要通过管理二次流中的积水来提高燃料电池堆的效率。本公开涉及的系统和方法适用于防止因燃料电池系统二次流的温度下降而导致二次流中出现积水。

技术实现思路

1、为了满足这些以及其他需求，本文包括了本公开的实施例。

2、一方面，本公开涉及一种用于管理燃料电池系统运行的集成歧管，该集成歧管包括：与再循环泵保持流体连接的集成结构；与集成结构和再循环泵保持流体连通的气液分离器；连接到燃料电池堆的阳极出口和阳极入口的氢气通道；以及连接到电池堆冷却剂出口和排出器冷却剂出口的冷却剂通道。氢气通道位于集成结构、气液分离器、再循环泵和排出器中，并且配置成供燃料电池系统的二次流从阳极出口流向阳极入口。冷却剂通道位于集成结构和排出器中，并且在其中配置成供冷却剂从电池堆冷却剂出口流向排出器冷却剂出口。

3、在一些实施例中，位于排出器中的氢气通道和位于排出器中的冷却剂通道被配置为允许二次流和冷却剂之间进行热交换。在一些实施例中，集成结构与氢气预热器保持流体连通，其中的冷却剂通道在进入排出器之前位于氢气预热器中。

4、在一些实施例中，再循环泵和排出器通过端面密封连接到集成结构。在一些实施例中，氢气通道不包括橡胶软管。在一些实施例中，冷却剂通道不包括橡胶软管。

5、另一方面，本公开涉及一种燃料电池系统，该系统包括：燃料电池堆，包含阳极出口和阳极入口，其中来自燃料供应源的氢气作为一次流通过排出器，然后进入阳极入口，并且作为二次流离开阳极出口；再循环泵，被配置成使二次流再循环通过排出器进入燃料电池堆；以及集成歧管，被配置成管理进入排出器的二次流的温度。

6、在一些实施例中，集成歧管还包括：氢气通道，连接到阳极出口和阳极入口，并位于集成歧管、再循环泵和排出器中，其中氢气通道被配置成供二次流从阳极出口流向阳极入口；以及冷却剂通道，连接到电池堆冷却剂出口和排出器冷却剂出口，并位于集成歧管和排出器中，其中冷却剂通道被配置成供冷却剂从电池堆冷却剂出口流向排出器冷却剂出口。

7、在该系统的一些实施例中，集成歧管包括与再循环泵保持流体连接的集成结构，以及与集成结构和再循环泵保持流体连通的气液分离器。

8、在该系统的一些实施例中，集成歧管与氢气预热器保持流体连通，并且冷却剂通道在进入排出器之前位于氢气预热器中。在该系统的一些实施例中，位于排出器中的氢气通道和位于排出器中的冷却剂通道被配置为允许二次流和冷却剂之间进行热交换。在该系统的一些实施例中，二次流和冷却剂之间的热交换被配置成使二次流的温度保持在某一阈值温度以上。

9、在该系统的一些实施例中，再循环泵和排出器通过端面密封连接到集成歧管。在该系统的一些实施例中，氢气通道不包括橡胶软管。在该系统的一些实施例中，冷却剂通道不包括橡胶软管。

技术特征：

1.一种用于管理燃料电池系统运行的集成歧管，其特征在于，所述集成歧管包括：

2.根据权利要求1所述的集成歧管，其中，位于排出器中的氢气通道和位于排出器中的冷却剂通道被配置为允许二次流和冷却剂之间发生热交换。

3.根据权利要求2所述的集成歧管，其中，集成结构与氢气预热器保持流体连通，并且冷却剂通道在进入排出器之前位于氢气预热器中。

4.根据权利要求1所述的集成歧管，其中，再循环泵和排出器通过端面密封连接到集成结构。

5.根据权利要求1所述的集成歧管，其中，氢气通道不包括橡胶软管。

6.根据权利要求1所述的集成歧管，其中，冷却剂通道不包括橡胶软管。

7.一种燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统包括：

8.根据权利要求7所述的系统，其中，集成歧管还包括：

9.根据权利要求8所述的系统，其中，集成歧管包括与再循环泵保持流体连接的集成结构，以及与集成结构和再循环泵保持流体连通的气液分离器。

10.根据权利要求8所述的系统，其中，集成歧管与氢气预热器保持流体连通，并且冷却剂通道在进入排出器之前位于氢气预热器中。

11.根据权利要求8所述的系统，其中，位于排出器中的氢气通道和位于排出器中的冷却剂通道被配置为允许二次流和冷却剂之间发生热交换。

12.根据权利要求9所述的系统，其中，二次流和冷却剂之间的热交换被配置成使二次流的温度保持在某一阈值温度以上。

13.根据权利要求7所述的系统，其中，再循环泵和排出器通过端面密封连接到集成歧管。

14.根据权利要求7所述的系统，其中，氢气通道不包括橡胶软管。

15.根据权利要求7所述的系统，其中，冷却剂通道不包括橡胶软管。

技术总结
本技术涉及用于管理燃料电池系统运行的集成歧管和燃料电池系统。所述集成歧管包括：集成结构，与再循环泵保持流体连接；气液分离器，与集成结构和再循环泵保持流体连通；氢气通道，连接到燃料电池堆的阳极出口和阳极入口，其中氢气通道位于集成结构、气液分离器、再循环泵和排出器中，并且其中氢气通道被配置成供燃料电池系统的二次流从阳极出口流向阳极入口；以及冷却剂通道，连接到电池堆冷却剂出口和排出器冷却剂出口，其中冷却剂通道位于集成结构和排出器中，并且其中冷却剂通道被配置成供冷却剂从电池堆冷却剂出口流向排出器冷却剂出口。

技术研发人员：王诗雄
受保护的技术使用者：康明斯新能源动力（上海）有限公司
技术研发日：20230428
技术公布日：2024/2/19