[发明专利]具有蒸汽生成的电解器系统及其操作方法

权利要求书

1.一种电解器系统，其包括：

蒸汽生成器，其经配置以生成蒸汽；

固体氧化物电解槽堆叠，其经配置以使用从所述蒸汽生成器接收的所述蒸汽生成氢气流；以及

水预热器，其经配置以使用提取自从所述堆叠输出的氧气排气的热对提供到所述蒸汽生成器的水进行预热。

2.根据权利要求1所述的电解器系统，其中所述蒸汽生成器包括：

汽化器，其经配置以通过将所述经预热的水汽化而生成蒸汽；以及

过热器，其经配置以将所述蒸汽的温度增加约10℃到约100℃，

其中所述蒸汽生成器进一步包括预热锅炉，所述预热锅炉经配置以将所述经预热的水进一步加热直到约100℃，且将所述进一步加热的水提供到所述汽化器，

其中所述蒸汽生成器进一步包括除气器，所述除气器经配置以在所述进一步加热的水提供到所述汽化器之前从所述进一步加热的水移除溶解的空气，其中从所述除气器生成的蒸汽与所述水预热器的氧气排气混合。

3.根据权利要求1所述的电解器系统，其进一步包括混合器，所述混合器经配置以混合氢气与由所述蒸汽生成器输出的所述蒸汽，其中所述混合器经配置以从氢气储存装置、从所述氢气流或从所述氢气流和所述氢气储存装置两者接收氢气。

4.根据权利要求1所述的电解器系统，其进一步包括蒸汽同流换热器，所述蒸汽同流换热器经配置以使用从所述氢气流提取的热对由所述蒸汽生成器生成的所述蒸汽进行加热，

其中所述蒸汽同流换热器包括热交换鳍片和电压源，所述电压源经配置以对所述热交换鳍片施加电压，使得所述热交换鳍片作为电阻性加热元件操作以进一步加热所述蒸汽，

其中所述电解器系统进一步包括蒸汽加热器，所述蒸汽加热器经配置以将从所述蒸汽同流换热器输出或提供到所述蒸汽同流换热器的所述蒸汽从所述堆叠的操作温度加热到10℃与150℃之间的温度，和/或通过辐射热传递加热所述堆叠。

5.根据权利要求1所述的电解器系统，其进一步包括：鼓风机，所述鼓风机经配置以对所述堆叠提供空气；空气同流换热器，所述空气同流换热器经配置以通过从所述氧气排气提取热而对提供到所述堆叠的所述空气进行预热；以及空气加热器，所述空气加热器经配置以在所述经预热的空气提供到所述堆叠之前进一步加热所述经预热的空气，

其中所述空气加热器包括竖直地、沿圆周或者竖直地且沿圆周划分的具有独立功率电平的多个空气加热器区，其中所述空气加热器区经配置以增强所述空气加热器的热均匀性。

6.根据权利要求1所述的电解器系统，其中在稳态操作期间，所述电解器系统经配置以在不利用电加热元件的情况下操作。

7.根据权利要求1所述的电解器系统，其中在稳态操作期间，所述系统经配置以对所述堆叠进行加压，使得在所述固体氧化物电解槽的空气侧和燃料侧处的压力的范围是从约3磅/平方英寸表压psig到约50psig。

8.根据权利要求1所述的电解器系统，其进一步包括经配置以压缩所述氢气流的氢气处理器，

其中所述氢气处理器包括经配置以压缩所述氢气流的至少一个电化学氢泵、液环压缩机、隔膜压缩机、交替压缩装置或其组合，

其中所述氢气处理器进一步包括排水装置，所述排水装置经配置以从所述经压缩的氢气流移除残余水，

其中所述系统经配置以对从所述经压缩的氢气流移除的所述残余水进行再纯化且提供到所述水预热器。

9.根据权利要求1所述的电解器系统，其进一步包括控制器，所述控制器经配置以基于以下各项中的至少一个控制所述系统的操作：

所述堆叠的操作限制；

到所述系统的功率可用性；

瞬时平均功率成本；

所述系统的氢气储存容量；

可供使用的储存能量的量；

氢气产生收益暗示；

系统维护计划；

天气条件；或

从备用模式开始产生氢气的最小可接受时间。