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Die vorgestellte Erfindung betrifft ein Versorgungssystem zum Versorgen einer Anzahl Elektrolyseanlagen mit Medien, ein Elektrolysesystem und eine Elektrolyseanlage.
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Stand der Technik
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In Wasser-Elektrolyse-Systemen müssen mehrere unterschiedliche Medien transportiert werden, insbesondere Flüssigkeiten, wie bspw. Wasser, Kühlflüssigkeit usw., Gase, wie bspw. Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Druckluft und elektrischer Strom, wie bspw. eine elektrische Versorgung von Komponenten und eines Elektrolyse-Stapels und zur Übertragung von Daten.
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Es ist üblich, dass jedes Medium in separaten Rohrleitungen mit je einem Anschluss, wie bspw. einer Flanschversorgung zu einer Schnittstelle einer jeweiligen Elektrolyseanlage transportiert wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Im Rahmen der vorgestellten Erfindung werden ein Versorgungsystem, ein Elektrolysesystem und eine Elektrolyseanlage zur Elektrolyse von Wasser vorgestellt. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Versorgungssystem beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Elektrolysesystem bzw. der vorgestellten Elektrolyseanlage und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Die vorgestellte Erfindung dient insbesondere dazu, ein modulares Elektrolysesystem bereitzustellen.
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Es wird somit gemäß einem ersten Aspekt der vorgestellten Erfindung ein Versorgungssystem zum Versorgen einer Anzahl Elektrolyseanlagen mit Medien vorgestellt.
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Das vorgestellte Versorgungssystem umfasst eine Anzahl Versorgungsmodule, wobei jeweilige Versorgungsmodule eine Eingangsschnittstelle zur reversiblen Verbindung des jeweiligen Versorgungsmoduls mit einer Anzahl Quellen für Betriebsmedien zum Betrieb jeweiliger Elektrolyseanlagen und einer Anzahl Speicher für beim Betrieb jeweiliger Elektrolyseanlagen ausgegebener Medien, eine Ausgangsschnittstelle zur reversiblen Verbindung des jeweiligen Versorgungsmoduls mit einer Elektrolyseanlage und Versorgungsleitungen, die die Eingangsschnittstelle mit der Ausgangsschnittstelle verbinden, umfassen.
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Unter einer Verbindung bspw. eines Versorgungsmoduls mit einer Quelle ist im Kontext der vorgestellten Erfindung eine Kopplung durch bspw. Rohre bzw. Leitungen und/oder Kabel zu verstehen die ein Versorgungsmodul mit einer Quelle, wie bspw. einer Fluidquelle oder einer Stromquelle, insbesondere einem Steuergerät, das elektrische Steuersignale ausgibt, koppelt, sodass Fluide und/oder elektrischer Strom, insbesondere Steuersignale zwischen dem Versorgungsmodul und der Quelle ausgetauscht werden können.
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Unter einem Speicher ist im Kontext der vorgestellten Erfindung ein Lager, insbesondere eine Senke zum Aufnehmen eines Fluids zu verstehen.
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Entsprechend ist unter einer reversiblen Verbindung eine lösbare bzw. mehrfach lös- und verbindbare Verbindung zu verstehen.
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Das vorgestellte Versorgungssystem basiert auf einer Anzahl Versorgungsmodule, durch die jeweilige Elektrolyseanlagen mit Medien, d.h. insbesondere Flüssigkeiten, wie bspw. Wasser, Kühlflüssigkeit usw., Gasen, wie bspw. Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Druckluft und elektrischem Strom, wie bspw. eine elektrische Versorgung von Komponenten oder Steuersignalen zur Übertragung von Daten, versorgt werden können bzw. versorgbar sind. Dies bedeutet, dass mittels des vorgestellten Versorgungssystems jeweilige Medien durch jeweilige Versorgungsmodule des Versorgungssystems zu jeweiligen Elektrolyseanlagen geführt bzw. von jeweiligen Elektrolyseanlagen abgeführt werden können.
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Insbesondere sind jeweilige Versorgungsmodule des vorgestellten Versorgungssystems dazu konfiguriert, von einer Elektrolyseanlage produzierten Wasserstoff abzuführen bzw. zu einem Speicher zu leiten.
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Durch die Versorgungsmodule des vorgestellten Versorgungsystems kann eine Anordnung mit einer Anzahl Elektrolyseanlagen modular aufgebaut und entsprechend individuell bzw. bedarfsgerecht konfiguriert werden. Zur schnellen und einfachen Verbindung eines jeweiligen Versorgungsmoduls mit einer jeweiligen Elektrolyseanlage umfasst jedes Versorgungsmodul eine Eingangsschnittstelle zur reversiblen Verbindung des jeweiligen Versorgungsmoduls mit einer Anzahl Quellen für Betriebsmedien zum Betrieb jeweiliger Elektrolyseanlagen und einer Anzahl Speicher für beim Betrieb jeweiliger Elektrolyseanlagen ausgegebener Medien, eine Ausgangsschnittstelle zur reversiblen Verbindung des jeweiligen Versorgungsmoduls mit einer Elektrolyseanlage und Versorgungsleitungen, die die Eingangsschnittstelle mit der Ausgangsschnittstelle verbinden. Entsprechend kann durch ein jeweiliges Versorgungsmodul eine jeweilige Elektrolyseanlage mit einer zentralen Quelle, wie bspw. einer Wasserversorgung, einem Tank, einer Luftversorgung einer Kommunikationsschnittstelle und/oder einem Steuergerät verbunden werden. Über die Kommunikationsschnittstelle kann das Versorgungssystem bzw. jeweilige Elektrolyseanlagen über ein Kommunikationsprotokoll, wie bspw. ein sogenanntes „Internet of Things (loT)-Protokoll“ mit bspw. einem Internetserver kommunizieren, um bspw. eine Steuerung des Versorgungssystems über das Internet zu ermöglichen.
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Die Eingangsschnittstelle, die Verbindungsleitungen und die Ausgangsschnittstelle können bspw. folgende Leitungen umfassen: Kommunikationsleitung, Stromversorgungen, wie bspw. Gleichspannung und/oder Wechselspannung, Leitungen zur Versorgung einer Zirkulationspumpe für bspw. Kühlmittel, Wasserleitungen für de-ionisiertes Wasser, einen Anschluss für einen Wärmetauscher, Leitungen zur Versorgung eines Wasserabscheiders, Leitungen zur Kommunikation mit einem Steuergerät, Leitungen zum Transport von Wasserstoff, Leitungen zum Transport von Sauerstoff und Leitungen zum Transport von Stickstoff.
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Es kann vorgesehen sein, dass die jeweiligen Versorgungsmodule weiterhin eine Erweiterungsschnittstelle zur reversiblen Verbindung eines jeweiligen Versorgungsmoduls mit einer Eingangsschnittstelle eines weiteren Versorgungsmoduls umfassen, wobei die Versorgungsleitungen dazu konfiguriert sind, die Eingangsschnittstelle des weiteren Versorgungsmoduls mit der Erweiterungsschnittstelle eines jeweiligen Versorgungsmoduls schaltbar bzw. absperrbar zu verbinden.
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Eine Erweiterungsschnittstelle ermöglicht eine Kopplung einer Vielzahl Versorgungsmodule untereinander, sodass jeweilige Medien, die aus einer Quelle einem ersten Versorgungsmodul zugeführt werden, auf sämtliche miteinander über jeweilige Erweiterungsschnittstellen gekoppelte Versorgungsmodule verteilt werden können und/oder jeweilige von einem Versorgungsmodul empfangene Medien über sämtliche miteinander über jeweilige Erweiterungsschnittstellen gekoppelte Versorgungsmodule zu bspw. einem Speicher bzw. einem Empfänger übertragen werden können.
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Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Eingangsschnittstelle, die Ausgangsschnittstelle, die Versorgungsleitungen und/oder die Erweiterungsschnittstelle jeweils Fluidleitungen zum Transport von Fluiden, wie bspw. Gasen und Elektroleitungen zum Leiten von elektrischem Strom umfassen, wobei die Fluidleitungen der Eingangsschnittstelle, der Ausgangsschnittstelle, der Versorgungsleitungen und/oder der Erweiterungsschnittstelle untereinander fluidleitend verbunden sind, und wobei die Elektroleitungen der Eingangsschnittstelle, der Ausgangsschnittstelle, der Versorgungsleitungen und/oder der Erweiterungsschnittstelle untereinander elektrisch leitend verbunden sind.
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Die Versorgungsleitungen können in einem Grundkörper bspw. als Kanäle und/oder Rohre bzw. Leitungen ausgestaltet sein.
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Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Versorgungssystem eine Anzahl Regler zum Regeln eines Flusses jeweiliger Medien durch das Versorgungssystem, eine Anzahl Sensoren zum Erfassen einer Stärke oder einer anderen Eigenschaft, wie bspw. Temperatur, Druck oder Leitfähigkeit eines Flusses eines jeweiligen Mediums durch das Versorgungssystem und eine Recheneinheit umfasst, wobei die Recheneinheit dazu konfiguriert ist, die Stärke des Flusses eines jeweiligen Mediums durch das Versorgungssystem mittels eines jeweiligen Reglers und einem jeweiligen Sensor in Abhängigkeit eines aktuellen Betriebspunkts jeweiliger zu versorgender Elektrolyseanlagen einzustellen.
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Mittels einer Recheneinheit kann, insbesondere in Kombination mit Reglern und/oder Sensoren eine Versorgung jeweiliger Elektrolyseanlagen durch das vorgestellte Versorgungssystem kontrolliert, d.h. gesteuert oder geregelt werden. Insbesondere ermöglicht das vorgestellte Versorgungssystem einen zentral koordinierten bzw. aufeinander abgestimmten Betrieb einer Anzahl Elektrolyseanlagen, indem die jeweiligen Elektrolyseanlagen bspw. mit einer durch die Recheneinheit vorgegebenen Menge an Medien versorgt werden. Dabei können die Regler der jeweiligen Versorgungsmodule derart angesteuert werden, dass sämtliche Elektrolyseanlagen mit einer gleichen Menge Medien oder jeweiligen Elektrolyseanlagen mit einer individuell bestimmten Menge Medien versorgt werden.
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Bspw. kann die Recheneinheit dazu konfiguriert sein, jeweilige Regler dynamisch, in Abhängigkeit eines Zustands einer jeweiligen Elektrolyseanlage und/oder einer vorgegebenen Lastanforderung mit Medien zu versorgen.
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Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Recheneinheit dazu konfiguriert ist, jeweilige Betriebsparameter zum Einstellen der Anzahl Regler beim Betrieb der Elektrolyseanlagen in einem Speicher zu dokumentieren.
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Durch eine Dokumentation jeweiliger Einstellungen bzw. jeweiliger Betriebsparameter auf einem Speicher, wie bspw. einem Sever eines Computernetzwerks, kann ein Verhalten jeweiliger durch das Versorgungssystem versorgter Elektrolyseanlagen ausgewertet und bspw. auf Fehleinstellungen hin untersucht werden.
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Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Ausgangsschnittstelle einen Indikator umfasst, der eine korrekte Kopplung der Ausgangsschnittstelle mit einer Gegenschnittstelle anzeigt.
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Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Eingangsschnittstelle einen Indikator umfasst, der eine korrekte Kopplung der Eingangsschnittstelle mit einer Quelle für ein Betriebsmedium anzeigt.
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Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Erweiterungsschnittstelle einen Indikator umfasst, der eine korrekte Kopplung der Erweiterungsschnittstelle mit einer Gegenschnittstelle anzeigt.
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Ein Indikator, wie bspw. eine Farbmarkierung, ein Datensignal, das auch aktiv eine Steuerung ermöglicht, oder ein Klick, der dann erzeugt wird, wenn eine korrekte, d.h. sichere bzw. vorgegebenen Parametern entsprechende Verbindung eingestellt ist, verhindert einen Betrieb des vorgestellten Versorgungssystems in einem unsicheren Zustand.
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Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorgestellte Erfindung ein Elektrolysesystem zur Elektrolyse von Wasser. Das Elektrolysesystem umfasst eine mögliche Ausgestaltung des vorgestellten Versorgungssystems und eine Anzahl Elektrolyseanlagen, wobei jeweilige Elektrolyseanlagen der Anzahl Elektrolyseanlagen eine Gegenschnittstelle zur Verbindung mit einer Ausgangsschnittstelle eines jeweiligen Versorgungsmoduls umfassen. Dabei können die Ausführungen der Elektrolyseanlagen und die entsprechenden Gegenschnittstellen sich innerhalb eines Elektrolysesystems und/oder von Elektrolysesystem zu Elektrolysesystem unterscheiden. Insbesondere ist denkbar, dass eine funktionale Elektrolyseanlage aus zwei Untereinheiten besteht, die über Verbindungseinheiten verbunden sind.
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Das vorgestellte Versorgungssystem dient insbesondere zum Aufbau des vorgestellten Elektrolysesystems.
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Durch eine in eine jeweilige Elektrolyseanlage integrierte Gegenschnittstelle zur Verbindung mit einer Ausgangsschnittstelle eines Versorgungsmoduls kann eine Vielzahl von Elektrolyseanlagen schnell und standardisiert zu einem Elektrolysesystem verbunden werden. Dabei wird durch die Verwendung des vorgestellten Verbindungssystems ein für eine Versorgung der Elektrolyseanlagen benötigter Bauraum minimiert und eine exakt vorbekannte Gaslaufzeit bzw. Stromlaufzeit, d.h. eine Zeit, die ein Gas bzw. ein Strom von einer Ausgangsschnittstelle bis zu einem jeweiligen Ziel benötigt, zur Versorgung jeweiliger Elektrolyseanlagen erreicht, sodass die Elektrolyseanlagen zeitlich präzise kontrolliert, d.h. gesteuert oder geregelt werden können.
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Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass jeweilige Elektrolyseanlagen eine Recheneinheit umfassen, die dazu konfiguriert ist einen aktuellen Betriebspunkt der jeweiligen Elektrolyseanlage an eine Recheneinheit des Versorgungssystems zu übermitteln.
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Durch ein Übermitteln eines aktuellen Betriebspunkts einer jeweiligen Elektrolyseanlage an die Recheneinheit eines Versorgungssystems kann das Versorgungssystem eine Menge für die Elektrolyseanlage bereitzustellender Medien in Abhängigkeit des Betriebspunkts einstellen, sodass eine Leistung der Elektrolyseanlage erhöht, verringert oder konstant gehalten wird.
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Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die vorgestellte Erfindung eine Elektrolyseanlage zur Elektrolyse von Wasser, wobei die Elektrolyseanlage eine Gegenschnittstelle zur Versorgung mit einer Ausgangsschnittstelle eines Versorgungsmoduls einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Versorgungssystems umfasst.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Versorgungssystems,
- 2 eine schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Elektrolysesystems mit einer möglichen Ausgestaltung der vorgestellten Elektrolyseanlage.
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In 1 ist ein Versorgungssystem 100 zum Versorgen einer Anzahl Elektrolyseanlagen mit Medien dargestellt. Das Versorgungssystem 100 umfasst ein erstes Versorgungsmodul 101 und ein zweites Versorgungsmodul 103.
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Das erste Versorgungsmodul 101 umfasst eine Eingangsschnittstelle 105, die mit einer Quelle für Medien zum Betrieb einer Elektrolyseanlage und/oder einem Speicher zum Speichern von durch eine Elektrolyseanlage erzeugtem Medium reversibel koppelbar ist.
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Die Eingangsschnittstelle 105 ist hier in Form eines Steckers, insbesondere zur Leitung mehrerer Medien ausgebildet, der in eine Steckdose an einer jeweiligen Quelle bzw. einem jeweiligen Speicher eingesteckt werden kann, um Medien durch die Eingangsschnittstelle 105 über in einem Grundkörper 107 ausgebildete Versorgungsleitungen zu einer Ausgangsschnittstelle 109 bzw. von der Ausgangsschnittstelle 109 zu der Eingangsschnittstelle 105 zu leiten.
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Die Ausgangsschnittstelle 109 ist hier in Form einer Steckdose ausgebildet, sodass die Ausgangsschnittstelle 109 einen Stecker, der an einer Elektrolyseanlage ausgebildet ist aufnehmen kann, um die Elektrolyseanlage mit Medien zu versorgen bzw. Medien aus der Elektrolyseanlage in einen Speicher zu leiten.
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Über eine optionale Erweiterungsschnittstelle sind das erste Versorgungsmodul 101 und das zweite Versorgungsmodul 103 miteinander medienleitend gekoppelt, sodass Medien von einer mit der Eingangsschnittstelle 105 gekoppelten Quelle zu dem zweiten Versorgungsmodul 103 strömen können. Bspw. können die Verbindungen zwischen dem ersten Versorgungsmodul 101 und dem zweiten Versorgungsmodul 105 identisch zu der Steckverbindung 105 sein.
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In 2 ist ein Elektrolysesystem 200 dargestellt. Das Elektrolysesystem 200 umfasst Elektrolyseanlagen 201, die über ein Versorgungssystem 100 gemäß 1 mit Medien versorgt werden.
