CN108699713A - 制备氢气的系统和相关的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及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：其还包括所述残余蒸汽的冷凝器；冷却器(4)包括膨胀器、交换器和储热模块；冷凝器、膨胀器和交换器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、由膨胀器膨胀的氧气、和储热模块进行热交换。

Description

制备氢气的系统和相关的方法

技术领域

本发明涉及通过电解的氢气制备系统。

背景技术

在无碳化解决方案即低二氧化碳排放解决方案的强劲发展背景下，对于货物和乘客的移动和运输，氢气看起来是一种有前途的燃料。

其与车辆中的燃料电池和电动机相关联的使用可以替代化石燃料，尤其是如果其通过本身清洁的能量，特别是通过水电解而产生的话。一些汽车制造商，如丰田，已经开始销售氢气车，其他汽车制造商将在2020年之前推出他们的第一批车。

燃料电池的运行(其一个实例在图1a中示出)由以下氧化还原反应控制：

-在阳极：2H₂→4H⁺+4e^-

-在阴极：O₂+4H⁺+4e^-→2H₂O。

在阳极产生的电子流由此可以在被传送到阴极之前供应电负载。

目前氢气主要通过烃蒸汽重整大量生产，主要由天然气(甲烷，蒸汽重整反应由此通过下面的方程式描述：CH₄+2H₂O+热→4H₂+CO₂，以200巴在气缸座中通过卡车运输和输送到服务站，其中将其在压缩机中压缩至420至880巴的压力，然后储存在服务站的高压罐中(事实上，氢气的低体积密度—89克，就是在正常温度和压力条件下，在一立方米的氢气中为3.54kWh能量—意味着根据车辆将其在350巴或700巴压缩以达到足够的密度用作燃料)。

这种蒸汽重整制备方法具有工业上成熟和便宜的优点。然而，它有许多缺点：它消耗化石能源，二氧化碳排放量高，而且仅适合在大容量单元(高达几百MW)中大规模生产。在分散使用氢气的情况下，所产生的氢气因此必须通过卡车运输，并且必须以气缸座形式运输，这导致很大的经济和能源成本。

因此，工业界越来越倾向于替代技术：水电解，其利用电力而不是化石能源将氢气与氧气分离，并且可以在小型分散单元中，甚至在使用氢气的地方制造，例如服务站。电解原理可以用下面的公式总结：2H₂O+电→2H₂+O₂。

电解具有许多优点：如果电力无碳化(例如核或可再生来源)其不产生二氧化碳)，其是灵活的因此可以为电网提供服务，并且其是一种模块技术，可以是小容量的(不到1MW)，因此非常适合分散生产。另一方面，它具有消耗昂贵的能源的缺点：电。因此，其产率是关键问题。

图1b表示包含电解槽2的已知设施，该电解槽2为其操作消耗55kWh的电能。这种类型的电解槽2向大气中(通过辅助回路20)释放每摩尔产生的氢气1/2摩尔的氧气。氢气在至少16巴，有利地至少30巴，和优选约35巴，60℃产生，然后在电解槽中纯化和冷却，然后在35巴和25℃下放置。然后，将其输送到储存缓冲储器11，在其中在35巴储存。

然后将氢气从主回路10输送到压缩机3，氢气在420巴或880巴的压力下离开，这取决于它是在350巴还是在700巴用于供应车辆。压缩机每千克压缩氢气消耗4至6kWh(+/-1kWh)。保持每千克压缩氢气5kWh电力的平均值。

氢气继续在主回路10上循环至一件管理设备30上，管理设备30主要包含一组阀和不同的传感器，其取决于罐更改其方向到至少400巴或800巴的高压存储器31、32。当车辆来灌注且高压罐31(400巴)和32(800巴)中的压力都降低到低于阈值时，压缩机3启动并从缓冲罐11吸取氢气，直到高压罐31、32充满或缓冲罐11中的压力降低至其最小压力(这里假定是10巴)，等等。

当车辆进入服务站，氢气管理设备30从高压储存器31、32中抽出氢气并将其输送到冷却器4，其中取决于服务站操作员的选择在-20℃和-40℃的温度下将其冷却。

实际上，车辆的氢气再加注是通过简单的压力传递器实现的，存储在服务站中的气体排进车辆中直到车辆油箱充满或达到压力平衡。

但是，在此转移过程中，由于机械能供应(罐内的残余氢气经历非常高的压缩)，氢气温度显著升高。如果不控制转移过程，氢气温度理论上可达到高于100℃的值。但是，目前汽车工业用于氢气管理和车载存储的组件由聚合物制成，这些聚合物不能承受高于80℃的温度。这就是为什么再加注，行业中广泛使用的规程(特别是SAE J2601标准)建议在重新加注车辆之前在-20℃，或者甚至在-40℃下冷却氢气。

此冷却使用冷却器4进行，冷却器4通常是例如热泵类型的制冷机，使冷却剂变相。这种技术在投资和维护方面是昂贵的并且高能耗：冷却器4消耗每千克冷却的氢气约1kWh电力。

然后冷却的氢气通过泵5分配，这取决于它是否是配备350巴或700巴的车辆的用户。

这种装置的能量产率如下：

r＝PCS/Qinv＝39.4/(55+5+1)

r＝64.6％。

该解决方案具有两个缺点：服务站投资成本高和产率低。

因此，希望降低与被冷却用于车辆的压缩氢气的生产和管理相关的投资成本和能量成本，以加速工业大规模氢气使用的突破。

发明内容

根据第一方面本发明建议通过提供一种用于生产氢气的系统来克服这些缺陷，所述系统包括：

-适用于实施水的电解并产生氧气和氢气的电解槽；

-氢气压缩机；

-氢气冷却器；

-来自电解槽的氢气主回路，在该回路上至少依次布置压缩机和冷却器；

-来自电解槽的氧气和残余水蒸气的辅助回路，

所述系统的特征在于：

-它进一步包括所述残余蒸汽的冷凝器；

-冷却器包括膨胀器、交换器和储热模块；

冷凝器、膨胀器和交换器依次布置在辅助回路上，交换器使由压缩机压缩的氢气、由膨胀器膨胀的氧气、和储热模块进行热交换。

根据本发明的装置有利地通过以下特征来完成，单独地或根据其任何技术上可能的组合：

·冷凝器使来自电解槽的氧气和残余水蒸汽与离开冷却器的交换器的氧气进行热交换；

·交换器布置在储热模块内；

·膨胀器也布置在储热模块内；

·冷却器进一步包括包裹储热模块的绝热壁；

·储热模块使用至少一种相变材料；

·储热模块包括：第一区域，其填充有具有第一熔化温度的第一相变材料：和第二区域，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；

·交换器在第一区域和第二区域的每一个内延伸，以便与第一相变材料和第二相变材料中的每一个进行连续的热交换；

·交换器是逆流交换器，使得由膨胀器膨胀的氧气与第一相变材料然后与第二相变材料进行热交换，并且由压缩机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；

·第一熔化温度低于-20℃，第二熔化温度为0至20℃；

·第一熔化温度低于-40℃，干燥器布置在冷凝器和膨胀器之间的辅助回路上；

·所述系统进一步包括布置在压缩机和冷却器之间的主回路上的氢气管理设备，所述管理设备连接到至少一个高压罐，并且配置成间歇地向所述冷却器提供氢气。

·所述系统还包括至少一件布置在冷却器下游的主回路上的分配设备，所述管理设备被配置成当使用所述分配设备时向冷却器提供氢气；

·压缩机还配置成间歇地向所述管理设备提供氢气，使得所述高压罐中的压力在最小阈值和最大阈值之间；

·氧气和氢气在电解槽出口处具有至少13巴，有利地至少30巴的压力。

根据第二方面，本发明涉及一种氢气制备方法，其特征在于它包括以下步骤：

-在电解槽中电解水以产生氧气和氢气；

-通过压缩机压缩氢气；

-在冷凝器中冷凝与氧气混合的残余水蒸气；

-在膨胀器中使氧气膨胀；

-经由与储热模块热交换的交换器通过与膨胀的氧气热交换冷却压缩的氢气。

附图说明

本发明进一步的特征、目的和优点由下面的描述将变得更加明显，这些描述纯粹是说明性的，而决不是限制性的，并且应当参照附图来阅读，其中：

-前面描述的图1a是已知氢电池的示意图；

-前面描述的图1b是已知的氢气制备系统的示意图；

-图2是根据本发明的氢气制备系统的示意图；

-图3a和3b是根据本发明的氢气制备系统的冷却器的两个特别优选的实施方案的示意图。

在不同图中，类似的元件具有相同的附图标记，并且所指示的温度和压力值仅作为非限制性示例。

具体实施方式

一般结构

图2表示本发明的氢气制备系统1。如将看到的，该系统也有利地是氢气分配系统，特别是用于车辆。因此，该系统可以采用服务站的形式。

在任何情况下，系统1具有类似于根据图1b的系统的整体结构，并以电解槽2(可以是多种类型)和压缩机3为中心。

电解槽2在其阴极产生氢气，在其阳极产生氧气，该氧气与残留的水蒸气混合。

因此，如所解释的，系统1包括氢气主回路10，在该回路上相继地布置至少电解器2、压缩机3、任选的一件管理氢气的管理设备30、冷却器4和任选的数件用于分配氢气的分配设备5，特别是用于车辆(数件设备5随后是“服务站泵”，可能与分布式容积测量装置和相关的支付装置相连)。

主电路10的分支可以在电解槽2的出口处抽取氢气以暂时存储在缓冲储器11上。

该系统进一步包括来自电解槽2的氧气和残余水蒸气的辅助回路20。

另一方面，如所解释的，用于管理氢气的所述管理设备30可包括用于在至少400巴和/或800巴下储存的一组高压罐31，32。

冷却

本系统1的特征在于使用由电解槽2产生的重要氧气(在氧气和残余水蒸气的辅助回路20上循环)作为低温能源。

在此目的，氧气中所含的压力能在为其提供的冷却系统4中转换成低温能。如稍后将看到的，为此目的这还包括膨胀器40，其允许绝热膨胀导致氧气温度下降至负温度，和热交换器41，其中通过氧气膨胀产生的冷冻能量用于将氢气冷却至所需温度。交换器41在氢气和氧气进行热交换而不混合它们以保持氢气纯度。

应当注意的是，膨胀器40可以由数个串联连接的膨胀器代替，以便调节氧气膨胀并接近等温膨胀，这将使得能够产生更多的冷冻能量。

已经进行的热力学分析使得有可能证明由氧气膨胀产生的冷冻能量(0.34kWh/kg氢气，或者如果膨胀不是纯绝热的话，则更多)足以将相应的氢气量(在最坏的情况下为0.33kWh/kg)的温度降低到-40℃。因此，加压的氧气非常适合于氢气所需的冷制备。

这种装置的产率如下：

r＝PCS/Qinv＝39.4/(55+5)

r＝65.7％。

由此相对于已知的解决方案，获得了1.1％的产率。此外，去除了潜在的高功率需求(高于20kW)，这会对电网连接成本产生有利影响。

然而，这种用途的实施面临两个问题，如将看到的，本发明将解决这些问题。

首先，冷需求和氧气生产不是同时发生的。

实际上，配置所述管理设备30以间歇地向冷却器4提供氢气。更准确地说，氢气需求对应于一件分配设备5(即用户灌注)的需求，因此所述管理设备30配置成当使用所述分配设备5时，向冷却器4提供氢气。

但是，所述管理设备30自身间歇地接收氢气：压缩机4通常还配置成向所述管理设备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。如果存在多个压力水平，则可以存在若干最小和最大阈值，例如，如果存在两个存储压力水平31，32，则为400/440巴和800/880巴。

电解槽2本身或多或少相继地操作，产生的氢气在10至35巴储存在可能的缓冲罐11中，其中在必要时压缩机3抽出。电解槽本身完全可能是间歇性地操作，但在任何情况下，其操作周期都不能与用户的需求周期一致，这通过定义是不可预见的。

然后，氧气冷却可能产生冷凝，这在非常低的温度下将立即转化为结霜并可能使操作在技术上不可行。

通过将布置在膨胀器40上游的辅助回路20上的所述残余蒸汽的冷凝器21和与交换器41热交换的储热模块42a，42b(装配冷却器4)关联，本系统使得这些问题能够得以解决。

此冷凝器实际上是干燥系统。实际上，氧气温度的降低导致在氧气的蒸汽相中存在的水冷凝。如将看到的，这使得氢气能够免费干燥，同时允许电解槽2和冷却器4的时间偏移操作。

冷却器

参考图3a和3b，其表示两个优选的实施方案，稍后将对其进行更详细的描述，冷凝器21有利地是通过与离开冷却器4的交换器41的氧气进行热交换而供应能量的交换器。换句话说，通过膨胀器40膨胀并在交换器41处产生其冷冻能量的干燥氧气仍然处于低能量水平(如将看到的，储热模块42a，42b的最高温度)，通常在约0℃。

通过与此新鲜氧气的热交换，与来自电解槽2的残余水蒸气混合的高压氧气被冷却到足够低，从而发生水冷凝。

交换器41有利地布置在储热模块42a，42b内，即直接热交换。这导致储热模块42a，42b用作热缓冲器：由氧气“过量”供给的冷冻能量被此模块42a，42b拾取，并在高需求的情况下对泵5释放。

更确切地说，冷却器4有利地是基本上绝热的一件设备，包括包裹储热模块42a，42b的绝热壁42，储热模块其自身包裹交换器41和任选的膨胀器40以尽可能多地回收能量。应当注意的是，膨胀器40很可能保留在外部。

存在许多用于储热模块的技术，首先使用高热容材料(基本上在陶瓷、制冷剂凝胶或液体中冷储存，后者改善了热交换)，但优选地，储热模块42a，42b使用至少一种相变材料。相变材料-或PCM-是指能够在限定的温度范围内改变物理相的任何材料，约为预定的参考温度，称为熔化温度，这是其特征。

相变材料通过潜热实现热传递。它可以通过简单的相变来存储或产生能量，同时保持恒定的温度，相变的温度(即熔化温度)。在低于熔化温度的温度下与介质进行热交换时，通过提高所述介质的温度使相变材料凝固；在高于熔化温度的温度下与介质进行热交换时，通过降低所述介质的温度使相变材料液化。

更准确地说，在过量氧气的情况下(交换器41处低温，因为氢气不具有能够吸收所有冷冻能量的流速)；这些冷冻能量通过凝固相变材料来储存，并且在氧气不足的情况下(交换器41处高温，因为氢气具有吸收所有冷冻能量的高流速而不足以充分冷却氢气)，通过液化相变材料来释放冷冻能量。

在此情况下，可以选择具有低熔化温度(低于-10℃)的盐化或乙醇酸化(glycolate)水溶液，其可以通过改变浓度进行调节。

优选地，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；

这使得交换器41能够在第一区域和第二区域42a，42b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进行连续的热交换；

特别地，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；

这相当于膨胀的氧气逐渐加热和氢气逐渐冷却。

图3a和3b的两个优选实施方案中使用的这种非常有利的特性允许两级储热，这使得能够更容易地达到分配氢气所需的低温，同时尽可能地限制外部能量消耗。

第一熔化温度有利地低于-20℃(或者甚至低于-40℃)，第二熔化温度有利地为0至20℃。

可以仅使用一种相变材料。在此情况下，只能回收一部分氧气的热场，但如果选择适合的膨胀曲线，这个量就足够了。另外，可以使用多于两种的相变材料。

应当注意的是，使用相变材料作为氢气服务站的冷冻能量储存解决方案并不是唯一的解决方案(如所解释的，冷可以基本上储存在陶瓷或其它材料中)，而且在此应用范围内具有若干优点，主要是冷却系统的重要储存质量密度和有限的工作温度范围(-30℃/+10℃而不是-170℃/0℃)，这限制了热量损失并确保运行稳定性。在基本上使用制冷剂液体储存冷的情况下，可以在冷却器4中产生温度梯度，以便恢复整个能量场(并再产生多种相变材料)。

还应当注意的是，在完全不同的情况中，储热模块可由加压(通常为35巴)的氧气储存罐组成。在此情况下，它是在实践中将被储存的氧气机械能而不是热能。然后根据需要进行冷的产生：当发生氢气需求时，使氧气膨胀，而不是在生成该氧气的过程中。

然而，优选使用冷的物理储存，因为储存氧气是昂贵的并占据大量空间(对于每日消耗100kg氢气而言具有16m³累积体积的一个或多个储存器)。

在任何情况下，冷却器4可以与另一个常规的冷却器(热泵)偶联，该冷却器不会在正常操作中使用，而是仅作为备用，在其中所提出的解决方案的冷产生可能不足的情况下。在此情况下，常规的制冷单元可以比现有技术(图1b)小得多，这将能够使投资成本降低。

第一优选的实施方案

参考图3a，示出了系统1的第一优选实施方案，其配备有具有约-30℃的第一熔化温度的第一相变材料。第二相变材料具有约+10℃的第二熔化温度。

35巴的氧气首先通过冷凝器21进入，在其中它通过膨胀的氧气在10℃下预冷却。收集的冷凝物的量以24g/kg H₂评估。在10℃时，在氧气中保留12mBar蒸气分压，即1.5g/kgH₂。在从35巴膨胀到1巴后，该分压仅为1.5毫巴，这相当于-32℃的冷凝温度。

因此，氧气温度可以下降到该温度而不会引起冷凝，即没有结霜的风险。

然后，氧气离开冷凝器21并被输送到冷却器4。它首先穿过膨胀器40，膨胀器40将其压力从35巴降至1巴并且其温度达到理论上可达到-170℃的负值(绝热膨胀)，但通过与第一区域42a的第一相变材料同时进行热交换，它更可能保持在接近最低冷却器温度(第一熔化温度，此处为-30℃)的温度(等温膨胀)。

氧气离开膨胀器40，然后在第一交换器41中循环，这有利于与填充有第一相变材料的第一区域42a的热交换。例如这可以是盐化的水溶液，其特征在于其熔化温度，约为-30℃。氧气与该第一相变材料交换冷冻能量，直到其温度达到-40℃的值。第一相变材料在热传递的作用下凝固，由此存储冷冻能量。

然后将氧气(在交换器41之后)输送到填充有第二相变材料的第二区域42b，其特征在于第二熔化温度约为+10℃，其中通过凝固第二相变材料来存储更多冷冻能量，直到氧气达到约0℃的温度。

然后将氧气输送到冷凝器21，在其中使用最后可用的冷冻能量来预冷却加压的氧气。然后，它在约55℃的温度离开冷凝器21并排进周围空气中。

将氢气从管理设备30输送到冷却器4，在其中它相继地穿过第二区域和第一区域42a，42b(即与第二相变材料并接着与第一相变材料接触)。这些相变材料通过切换到液相而释放储存的冷，并将氢气冷却至至少-20℃。

整个储热模块42a，42b使用绝热壁43与环境绝缘，其特征在于其对隔热的适合性，室内和室外之间的温差最高达70°K。

第二实施方案

参考图3b，示出了系统1的第二优选实施方案，在此其配备有具有约-50℃的第一熔化温度的第一相变材料。第二相变材料仍然具有约+10℃的第二熔化温度。

此配置适用于在至少-40℃冷却。它在结构上与第一个相同，但是在膨胀器40之前添加另一个组件，这就是氧气干燥器22。实际上，冷凝器21中的预冷却干燥不能确保足够的干燥以避免在低于-30℃的温度下冷凝。

因此，在膨胀器40的下游存在形成水滴的风险，该水滴会结霜并可能导致进一步的维护要求。因此，建议添加干燥器22，其包括例如吸湿材料(如硅胶或氧化铝)。其它技术，例如用膜也是可能的。

由于预干燥器(冷凝器21)的存在，要排放到干燥器22中的残余蒸汽量受到限制。以1g/kg H₂评价。因此，对于每天输送100kg氢气的服务站而言，干燥器22每天应当能够吸收100g水分。这种干燥器22是已知的，并且然后可以借助低流量的干热氧气例如离开冷凝器21(55℃和1巴)的干热氧气进行机械再生，例如以每天为基准。

因此，干燥器22不需要任何电连接也不需要进一步的电消耗，并且不影响使用本系统1实现的产率增益。

图4表示在根据图3b的冷却系统中实现的能量平衡的夹点分析(在热力学观点上)。假设两种相变材料的优点是容易理解的。

此外，尽管图3b示出了在-40℃冷却的情况，但是可以决定使用相同的干燥器22用于在-20℃冷却(图3a的情况)，以确保不存在冷凝。

应当注意的是，本文所述的概念适用于如今SAE标准推荐的任何其它负温度(例如-30℃)或者可能随后添加到其中(特别是-10℃或0℃)。仅适当地选择相变材料的温度并检查是否需要另外的干燥器22就足够了。

方法

根据第二方面，本发明还涉及由根据本发明第一方面的系统1实施的氢气制备方法。

此方法包括如下步骤：

-在电解槽2中电解水以产生氧气和氢气；

-通过压缩机3压缩氢气；

-任选地，存储/释放由一件管理设备30压缩的氢气；

-在冷凝器21中冷凝与氧气混合的残余水蒸气；

-在膨胀器40中使氧气膨胀；

-经由与储热模块(42a，42b)热交换的交换器(41)(特别是逆流交换器)通过与膨胀的氧气热交换冷却(在-20℃/-40℃)压缩的氢气(特别是在两种相变材料中连续通过，以便限定氢气的两个冷却水平，其对应于膨胀的氧气的两个加热水平)；

-任选地，再循环仍然新鲜的氧气并离开交换器41进入冷凝器21中，以便免费为其提供能量；

-和任选地通过一件分配设备分配冷却的氢气(在-20℃/-40℃)，通常用于服务站。

Claims (16)

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和4之一所述的系统，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1至5之一所述的系统，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3至5之一和权利要求7组合所述的系统，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至9之一所述的系统，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至11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和13之一所述的系统，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至14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，有利地至少30巴的压力。

16.一种用于制备氢气的方法，其特征在于：其包括如下步骤：

-在电解槽(2)中电解水以产生氧气和氢气；

-通过压缩机(3)压缩氢气；

-在冷凝器(21)中冷凝与氧气混合的残余水蒸气；

-在膨胀器(40)中使氧气膨胀；

-经由与储热模块(42a，42b)热交换的交换器(41)通过与膨胀的氧气热交换冷却压缩的氢气。