[发明专利]制备氢气的系统和相关的方法

权利要求书

1.一种用于制备氢气的系统(1)，其包含：

-适用于实施水的电解并产生氧气和氢气的电解槽(2)；

-氢气压缩机(3)；

-氢气冷却器(4)；

-来自电解槽(2)的氢气的主回路(10)，在该回路上至少依次布置压缩机(3)和冷却器(4)；

-来自电解槽(2)的氧气和残余水蒸气的辅助回路(20)，

所述系统的特征在于：

-其进一步包括所述残余蒸汽的冷凝器(21)；

-冷却器(4)包括膨胀器(40)、交换器(41)和储热模块(42a，42b)；

冷凝器(21)、膨胀器(40)和交换器(41)依次布置在辅助回路(20)上，交换器(41)使由压缩机(3)压缩的氢气、由膨胀器(40)膨胀的氧气和储热模块(42a，42b)进行热交换。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述冷凝器(21)使来自电解槽(2)的氧气和残余水蒸汽与离开冷却器(4)的交换器(41)的氧气进行热交换。

3.根据权利要求1和2之一所述的系统，其中所述交换器(41)布置在储热模块(42a，42b)内。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述膨胀器(40)也布置在储热模块(42a，42b)内。

5.根据权利要求3所述的系统，其中所述冷却器(4)进一步包括包裹储热模块(42a，42b)的绝热壁(43)。

6.根据权利要求3所述的系统，其中所述储热模块(42a，42b)使用至少一种相变材料。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述储热模块(42a，42b)包括：第一区域(42a)，其填充有具有第一熔化温度的第一相变材料：和第二区域(42b)，其填充有具有高于第一熔化温度的第二熔化温度的第二相变材料。

8.根据权利要求7所述的系统，其中交换器(41)在第一区域和第二区域(42a，42b)中的每一个内延伸，以便与第一相变材料和第二相变材料中的每一个相继地进行热交换。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述交换器(41)是逆流交换器，使得由膨胀器(40)膨胀的氧气与第一相变材料然后与第一相变材料进行热交换，并且由压缩机(3)压缩的氢气与第二相变材料然后与第一相变材料进行热交换。

10.根据权利要求7所述的系统，其中所述第一熔化温度低于-20℃，第二熔化温度为0至20℃。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述第一熔化温度低于-40℃，干燥器(22)布置在冷凝器(21)和膨胀器(40)之间的辅助回路(20)上。

12.根据权利要求1和2之一所述的系统，进一步包括布置在压缩机(3)和冷却器(4)之间的主回路(10)上的氢气管理设备(30)，所述管理设备(30)连接到至少一个高压罐(31，32)，并且配置成间歇地向所述冷却器(4)提供氢气。

13.根据权利要求12所述的系统，其包括至少一件布置在冷却器(4)下游的主回路(10)上的分配设备(5)，所述管理设备(30)配置成当使用所述分配设备(5)时向冷却器(4)提供氢气。

14.根据权利要求12所述的系统，其中所述压缩机(4)还配置成间歇地向所述管理设备(30)提供氢气，使得所述高压罐(31，32)中的压力在最小阈值和最大阈值之间。

15.根据权利要求1和2之一所述的系统，其中氧气和氢气在电解槽(2)出口处具有至少13巴的压力。