Elektrolysesystem Die Erfindung betrifft ein Elektrolysesystem, welches einen Elektrolyseur sowie eine mit dem Elektrolyseur verbundene Gleichrichtereinheit zum Versorgen des Elektrolyseurs mit ei ^¬ nem Gleichstrom aufweist. Elektrolyseure werden dazu verwendet, mithilfe eines Gleich ^¬ stroms eine als Elektrolyse bezeichnete StoffUmwandlung, wie z.B. eine Zerlegung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff, herbeizuführen . Ein Elektrolysesystem der oben genannten Art ist üblicherweise an ein Wechselspannungsnetz angeschlossen. Die Gleichrichtereinheit ermöglicht es, aus einem Wechselstrom, der vom Wechselspannungsnetz bereitgestellt wird, einen Gleichstrom zu erzeugen, mit welchem der Elektrolyseur zum Zwecke der Durchführung einer Elektrolyse versorgt werden kann.

Solche Elektrolysesysteme erzeugen während ihres Betriebs ho ^¬ he Blindleistungen im Wechselspannungsnetz. Hohe Blindleistungen im Wechselspannungsnetz führen zu einer Netzbelastung und bewirken thermische Energieverluste, welche auf Blind ^¬ ströme zurückzuführen sind.

Durch den Betrieb eines solchen Elektrolysesystems entstehen einem Netzbetreiber des Wechselspannungsnetzes hohe Kosten, z.B. weil der Netzbetreiber zur Verringerung der Netzbelastung und/oder der thermischen Energieverluste Vorrichtungen zur Blindleistungskompensation an das Wechselspannungsnetz koppeln muss. Einem Betreiber des Elektrolysesystems können ebenfalls hohe Kosten entstehen, insbesondere wenn dieser ge- genüber dem Netzbetreiber nicht nur für eine bezogene Wirkleistung, sondern auch für die in das Wechselspannungsnetz eingespeiste Blindleistung aufkommen muss. Eine Aufgabe der Erfindung ist, ein kostensparendes Elektro ^¬ lysesystem bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Elektrolysesystem der eingangs genannten Art, bei dem erfindungsgemäß die Gleich ^¬ richtereinheit eine Reihenschaltung von einem ersten Brückengleichrichter und einem zweiten Brückengleichrichter umfasst.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass die gebräuch- lichste Form eines Gleichrichters ein sogenannter Brücken ^¬ gleichrichter ist. Ein Vorteil eines Brückengleichrichters ist, dass dieser sowohl eine negative als auch eine positive Halbschwingung einer Wechselspannung zur Gleichrichtung verwendet. Anders als ein Mittelpunktgleichrichter benötigt ein Brückengleichrichter hierbei keinen kostspieligen Transformator mit Mittelspannungsanzapfung.

Weiter geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass ein Elektrolysesystem der eingangs genannten Art, bei dem die Gleichrichtereinheit nur einen einzigen Brückengleichrichter umfasst, während seines Betriebs ein angeschlossenes Wech ^¬ selspannungsnetz stark mit Oberwellen und folglich mit einer Oberwellenblindleistung belastet. Ferner können mit solch einer Gleichrichtereinheit unter Umständen Vorgaben des Netzbe- treibers zur maximal zulässigen Oberwellenbelastung des Wechselspannungsnetzes nicht eingehalten werden. Zur Reduzierung der Oberwellenbelastung und folglich der Blindleistungsbelastung ist es vorteilhaft, wenn die Gleichrichtereinheit zumin ^¬ dest zwei Brückengleichrichter umfasst.

Außerdem geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass in dem Fall, dass die Gleichrichtereinheit eine Reihenschaltung von zwei Brückengleichrichtern umfasst, das Elektrolysesystem während seines Betriebs eine geringere Blindleistung erzeugt als in dem Fall, dass die Gleichrichtereinheit eine Parallel ^¬ schaltung von zwei Brückengleichrichtern umfasst. Das erfindungsgemäße Elektrolysesystem verursacht somit eine geringe Blindleistungsbelastung des Wechselspannungsnetzes, wodurch die mit dem Betrieb des Elektrolysesystems verbunde ^¬ nen Kosten reduziert werden können. Insbesondere kann ein Netzbetreiber Kosten sparen, da aufgrund der geringen Blindleistungsbelastung des Wechselspannungsnetzes durch das

Elektrolysesystem Transformatoren und/oder Vorrichtungen zur Blindleistungskompensation kleiner als bisher üblich dimensioniert werden können. Ferner wird durch die geringe Blind- leistungsbelastung des Wechselspannungsnetzes ein energieef ^¬ fizienter Betrieb des Elektrolysesystems ermöglicht.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Elektrolysesystems sind jeweils Gegenstand abhängiger Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.

Grundsätzlich kann der erste Brückengleichrichter zumindest ein Schaltelement, insbesondere ein steuerbares Schaltele ^¬ ment, und/oder zumindest eine Diode umfassen. Ferner kann der zweite Brückengleichrichter zumindest ein Schaltelement, ins ^¬ besondere ein steuerbares Schaltelement, und/oder zumindest eine Diode umfassen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst jeder der beiden Brückengleichrichter mehrere steuerbare

Schaltelemente. Das heißt, die beiden Brückenieichrichter der Gleichrichtereinheit können steuerbare Gleichrichter sein. Zweckmäßigerweise ermöglicht eine solche Gleichrichterein ^¬ heit, eine Stromstärke eines durch den Elektrolyseur fließen- den Stroms auf einen vorgegebenen Strömstärkewert einzustel ^¬ len, insbesondere auf einen Stromstärkewert, der in einem be ^¬ vorzugten Arbeitsbereich des Elektrolyseurs liegt.

In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der erste Brückengleichrichter mehrere steuerbare Schaltelemente, wohingegen der zweite Brückengleichrichter mehrere Dioden umfasst. Das heißt, der erste Brückengleich ^¬ richter der Gleichrichtereinheit kann ein steuerbarer Gleich- richter sein und der zweite Brückengleichrichter der Gleichrichtereinheit kann ein Diodengleichrichter sein. Zweckmäßigerweise ermöglicht auch eine solche Gleichrichtereinheit, eine Stromstärke eines durch den Elektrolyseur fließenden Stroms auf einen vorgebbaren Stromstärkewert einzustellen, welcher insbesondere im bevorzugten Arbeitsbereich des

Elektrolyseurs liegt. Aufgrund einer nicht linearen Strom- Spannungskennlinie des Elektrolyseurs ist es prinzipiell aus ^¬ reichend, wenn nur einer der beiden Brückenieichrichter steu- erbare Schaltelemente aufweist, um die Stromstärke des durch den Elektrolyseur fließenden Stroms auf einen Stromstärkewert im bevorzugten Arbeitsbereich des Elektrolyseurs einzustel ^¬ len . Vorzugsweise sind die steuerbaren Schaltelemente des ersten und/oder des zweiten Brückengleichrichters Thyristoren. Alternativ können andere Halbleiterbauelemente, wie z.B. IGBTs (insulated-gate bipolar transistors) oder MOSFETs (metal- oxide-semiconductor field-effect transistors) , als steuerbare Schaltelemente des ersten und/oder des zweiten Brückengleichrichters vorgesehen sein.

Das Elektrolysesystem kann zum Anschließen an ein einphasiges Wechselspannungsnetz vorgesehen sein. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn die beiden Brückengleichrichter zweckmäßigerweise als 2-Puls-Gleichrichter ausgestaltet sind.

Bevorzugterweise ist das Elektrolysesystem zum Anschließen an ein dreiphasiges Wechselspannungsnetz vorgesehen. In diesem Fall sind die beiden Brückengleichrichter zweckmäßigerweise als 6-Puls-Gleichrichter ausgestaltet. Das heißt, die Reihen ^¬ schaltung kann eine 12-Puls-Reihenschaltung ausbilden. Weiterhin kann die Reihenschaltung prinzipiell einen oder mehrere zusätzliche Brückengleichrichter umfassen. Folglich kann die Reihenschaltung eine höherpulsige Reihenschaltung, wie z.B. eine 18-Puls-Reihenschaltung oder 24-Puls- Reihenschaltung ausbilden. Der Elektrolyseur weist sinnvollerweise eine Anode auf. Au ^¬ ßerdem weist der Elektrolyseur sinnvollerweise eine Kathode auf. In bevorzugter Weise ist der erste Brückengleichrichter mit der Kathode des Elektrolyseurs verbunden. Des Weiteren ist der zweite Brückengleichrichter vorzugsweise mit der Ano ^¬ de des Elektrolyseurs verbunden.

Zweckmäßigerweise umfasst das Elektrolysesystem einen Trans ^¬ formator, insbesondere einen Dreiphasentransformator. Weiter ist es zweckmäßig, wenn das Elektrolysesystem eine Netzanschlussleitung zum Anschließen des Transformators an ein Wechselspannungsnetz, insbesondere einen dreiphasigen Wechselspannungsnetz, umfasst. Das Wechselspannungsnetz kann z.B. ein Mittelspannungsnetz sein.

Es ist vorteilhaft, wenn die Netzanschlussleitung einen

Schalter aufweist. Der Schalter ermöglicht es, das Elektroly ^¬ sesystem nach dessen Anschluss an das Wechselspannungsnetz bei Bedarf aufwandsgünstig vom Wechselspannungsnetz zu tren- nen und wieder mit dem Wechselspannungsnetz zu verbinden.

Vorteilhafterweise ist der Transformator als 3-Wicklungs- Transformator ausgestaltet. Der Transformator weist vorzugs ^¬ weise ein Oberspannungssystem, ein erstes Unterspannungssys- tem und ein zweites Unterspannungssystem auf.

Zweckmäßigerweise ist die Netzanschlussleitung an das Oberspannungssystem angeschlossen. Ferner ist es zweckmäßig, wenn das erste Unterspannungssystem mit dem ersten Brückengleich- richter verbunden ist. Weiter ist es zweckmäßig, wenn das zweite Unterspannungssystem mit dem zweiten Brückengleichrichter verbunden ist.

Das Oberspannungssystem kann eine oder mehrere Oberspannungs- Wicklungen aufweisen. Weiterhin können die beiden Unterspannungssysteme jeweils eine oder mehrere Unterspannungswicklun ^¬ gen aufweisen. In bevorzugter Weise weisen das Oberspannungssystem und die beiden Unterspannungssysteme jeweils drei Wicklungen auf. Ei ^¬ ne vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die einzelnen Wicklungen des jeweiligen Spannungssystems eine Phasenverschiebung zwischen einer unterspannungsseitigen Außenleiterspannung und einer oberspannungsseitigen Außenleiterspannung bewirkend miteinander verschaltet sind. Zweckmä ^¬ ßigerweise beträgt die Phasenverschiebung ein ganzzahliges Vielfaches von 30°. Neben Phasenverschiebungen wie z.B. 60°, 90°, 120° usw. kann eine Phasenverschiebung von 0° oder 30° ebenso als ganzzahliges Vielfaches von 30° aufgefasst werden.

Unter einer Außenleiterspannung kann eine Spannung zwischen zwei Außenleitern des jeweiligen Spannungssystems verstanden werden. Als oberspannungsseitige Außenleiterspannung kann insbesondere eine Spannung zwischen zwei Außenleitern des Oberspannungssystems aufgefasst werden. Entsprechend kann als unterspannungsseitige Außenleiterspannung eine Spannung zwischen zwei Außenleitern des ersten bzw. des zweiten Unter- spannungssystems aufgefasst werden.

Sinnvollerweise sind die beiden Außenleiter des Oberspannungssystems, auf die sich die oberspannungsseitige Außenlei ^¬ terspannung bezieht, Außenleiter mit gleichen Anschlussbe- Zeichnungen wie die beiden Außenleiter des ersten bzw. zweiten Unterspannungssystems, auf die sich die unterspannungs ^¬ seitige Außenleiterspannung bezieht.

Insbesondere können die einzelnen Wicklungen des jeweiligen Spannungssystems eine erste Phasenverschiebung zwischen einer Außenleiterspannung des ersten Unterspannungssystems und ei ^¬ ner oberspannungsseitigen Außenleiterspannung bewirkend miteinander verschaltet sind. Alternativ oder zusätzlich können die einzelnen Wicklungen des jeweiligen Spannungssystems eine zweite Phasenverschiebung zwischen einer Außenleiterspannung des zweiten Unterspannungssystems und der oberspannungsseiti ^¬ gen Außenleiterspannung bewirkend miteinander verschaltet sind. Auf diese Weise kann die Blindleistung, die beim Be- trieb des Elektrolyseurs erzeugt wird, weiter verringert wer ^¬ den. Die erste und die zweite Phasenverschiebung können identisch sein oder voneinander verschieden, insbesondere unterschiedliche Vielfache von 30°, sein.

Die Wicklungen des ersten Unterspannungssystems können z.B. in einer Sternschaltung miteinander verschaltet sein. Ferner können die Wicklungen des zweiten Unterspannungssystems z.B. in einer Dreieckschaltung miteinander verschaltet sein. Umge- kehrt ist es möglich, dass die Wicklungen des ersten Unterspannungssystems in einer Dreieckschaltung miteinander verschaltet sind. Weiterhin ist es möglich, dass die Wicklungen des zweiten Unterspannungssystems z.B. in einer Sternschal ^¬ tung miteinander verschaltet sind.

Des Weiteren ist der erste Brückengleichrichter zweckmäßigerweise mittels einer ersten Transformatoranschlussleitung mit dem ersten Unterspannungssystem des Transformators verbunden. Analoger Weise ist es zweckmäßig, wenn der zweite Brücken- gleichrichter mittels einer zweiten Transformatoranschluss ^¬ leitung mit dem zweiten Unterspannungssystem des Transformators verbunden ist. In bevorzugter Weise umfasst jede der beiden Transformatoranschlussleitungen einen Schalter, mittels welchem der jeweilige Brückengleichrichter vom Transfor- mator trennbar ist. Dadurch kann erreicht werden, dass die

Brückengleichrichter separat vom Transformator trennbar sind. Außerdem kann jede der beiden Transformatoranschlussleitungen eine elektrische Sicherung oder eine Parallelschaltung von mehreren elektrischen Sicherungen umfassen.

Optionalerweise ist der zweite Brückengleichrichter wechsels- pannungsseitig mit zumindest einem Kondensator verbunden. Weiter ist es, zweckmäßig, wenn der Kondensator mit dem zweiten Unterspannungssystem des Transformators verbunden ist. Der Kondensator kann dazu verwendet werden, eine elektrische Leistung aus dem Wechselspannungsnetz aufzunehmen und/oder in das Wechselspannungsnetz einzuspeisen, insbesondere zum Zwecke einer Verringerung einer Blindleistung im Wechselspan- nungsnetz. Vorzugsweise ist der zweite Brückengleichrichter wechselspannungsseitig mit drei Kondensatoren verbunden.

Sinnvollerweise sind diese drei Kondensatoren mit dem zweiten Unterspannungssystem des Transformators verbunden.

Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn das Elektrolysesystem eine Steuereinheit aufweist. Die Steuereinheit wiederum kann einen Hochlaufgeber umfassen. Zweckmäßigerweise ist die Steu ^¬ ereinheit dazu eingerichtet, die Schaltelemente der Gleich- richtereinheit zu steuern. Insbesondere kann die Steuerein ^¬ heit dazu eingerichtet sein, Schaltzustände der Schaltelemen ^¬ te zu steuern.

Des Weiteren kann die Steuereinheit als Regelung ausgeführt sein. Das heißt, die Steuereinheit kann eine Messwert- Rückkopplung aufweisen. Die Steuereinheit kann insbesondere dazu eingesetzt werden, den Gleichstrom zu regeln, mit dem der Elektrolyseur versorgt wird. Dabei kann beispielsweise das Verfahren der sogenannten Phasenanschnittsteuerung einge- setzt werden.

Zweckmäßigerweise umfasst das Elektrolysesystem zumindest ei ^¬ nen Wechselstromwandler zum Ermitteln einer Stromstärke eines Wechselstroms, mit dem der erste Brückengleichrichter ver- sorgt wird. Vorzugsweise ist der Wechselstromwandler mit der Steuereinheit verbunden. Alternativ oder zusätzlich zu dem Wechselstromwandler kann das Elektrolysesystem einen Gleichstromwandler zum Ermitteln einer Stromstärke eines Gleichstroms, der mithilfe der Reihenschaltung erzeugt wird, auf- weisen. Sinnvollerweise ist der Gleichstromwandler mit der Steuereinheit verbunden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Gleichrichtereinheit eine weitere Reihenschaltung von zwei Brückengleichrichtern. Zweckmäßigerweise ist die weitere Reihenschaltung mit dem Elektrolyseur verbunden. Ferner ist es zweckmäßig, wenn die weitere Reihenschaltung zur Reihenschaltung vom ersten Brückengleichrichter und zweiten Brü- ckengleichrichter parallel geschaltet ist. Auf diese Weise kann eine Stromstärke des Gleichstroms, mit dem der Elektro- lyseur von der Gleichrichtereinheit versorgt wird, vergrößert werden - verglichen mit Stromstärke, die eine Gleichrichter- einheit ohne eine solche weitere Reihenschaltung bereitstel ^¬ len kann. Durch die Erhöhung der Stromstärke wiederum kann der Elektrolyseur eine höhere Leistung umsetzen.

Vorzugsweise ist einer der beiden Brückengleichrichter der weiteren Reihenschaltung mit dem ersten Unterspannungssystem des Transformators verbunden. Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn dieser Brückengleichrichter identisch zum ersten Brückengleichrichter der erstgenannten Reihenschaltung ausgestaltet ist. In bevorzugter Weise ist die zuvor erwähnte Steuereinheit dazu eingerichtet, besagten Brückengleichrich ^¬ ter der weiteren Reihenschaltung bzw. dessen steuerbare

Schaltelemente anzusteuern.

Des Weiteren ist der andere der beiden Brückengleichrichter der weiteren Reihenschaltung bevorzugterweise mit dem zweiten Unterspannungssystem des Transformators verbunden. Der letztgenannte Brückengleichrichter ist zweckmäßigerweise identisch zum zweiten Brückengleichrichter der erstgenannten Reihenschaltung ausgestaltet.

Sinnvollerweise umfasst das Elektrolysesystem ein erstes Lei ^¬ tungssystem, das mit der erstgenannten Reihenschaltung verbunden ist. Weiter umfasst Elektrolysesystem sinnvollerweise ein zweites Leitungssystem, das mit der weiteren Reihenschal- tung verbunden ist. Zweckmäßigerweise sind die beiden Lei ^¬ tungssysteme widerstandsbehaftet. Insbesondere können beide Leitungssysteme gleiche ohmsche Widerstände aufweisen. Außer ^¬ dem sind die Reihenschaltung und die weitere Reihenschaltung vorteilhafterweise am Elektrolyseur miteinander verbunden, insbesondere sowohl an der Anode als auch an der Kathode.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Elektrolysesystems, bei dem ein Elektrolyseur unter Ver- wendung einer Gleichrichtereinheit mit einem Gleichstrom versorgt wird. Bei diesem Elektrolysesystem kann es sich insbesondere um das erfindungsgemäßen Elektrolysesystems bzw. ei ^¬ ner seiner oben beschriebenen Weiterbildungen handeln.

Damit das Elektrolysesystem kostensparend betrieben werden kann, wird der Gleichstrom erfindungsgemäß mithilfe einer Reihenschaltung erzeugt, die einen ersten Brückengleichrichter und einen zweiten Brückengleichrichter umfasst.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind jeweils Gegenstand abhängiger Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Sinnvollerweise ist Elektrolyseur ein Bestandteil des Elekt ^¬ rolysesystems. Außerdem ist die Gleichrichtereinheit sinn ^¬ vollerweise ein Bestandteile des Elektrolysesystems.

In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird mithilfe des ersten Brückengleichrichters eine elektrische Leistung, insbesondere diejenige elektrische Leistung, die vom Elektro ^¬ lyseur umgesetzt wird, auf einen vorgegebenen Leistungswert eingestellt. Zweckmäßigerweise wird der erste Brückengleich ^¬ richter hierbei derart angesteuert, dass der Gleichstrom eine vorgegebene Stromstärke aufweist. Sinnvollerweise wird der erste Brückengleichrichter bzw. werden dessen steuerbare Schaltelemente mittels einer Steuereinheit angesteuert.

Des Weiteren wird die Gleichrichtereinheit zweckmäßigerweise mit einer Wechselspannung versorgt. Vorzugsweise wird die Gleichrichtereinheit unter Verwendung eines Transformators mit der Wechselspannung versorgt. Weiter ist es vorteilhaft, wenn die Wechselspannung mithilfe des Transformators derart eingestellt wird, dass eine elektrische Leistung, die vom Elektrolyseur umgesetzt wird, über eine vorgegebene Betriebs ^¬ dauer des Elektrolyseurs hinweg und/oder bei variierender Be ^¬ triebstemperatur des Elektrolyseurs konstant bzw. im Wesent ^¬ lichen konstant gehalten wird. Vorteilhafterweise wird zum Zuschalten des Elektrolyseurs an ein Wechselspannungsnetz der erste Brückengleichrichter mithilfe eines Schalters mit dem Transformator verbunden.

Zeckmäßigerweise wird der erste Brückengleichrichter derart angesteuert, dass von der Reihenschaltung ein Gleichstrom erzeugt wird, dessen Stromstärke gemäß einer vorgegebenen Funktion erhöht wird, insbesondere bei Null beginnend. Vorzugs ^¬ weise wird die Stromstärke des Gleichstroms erhöht, bis durch den Elektrolyseur ein Strom mit einer vorgegebenen Stromstär- ke fließt und/oder am Elektrolyseur eine vorgegebene Spannung anliegt. Vorteilhafterweise wird der zweite Brückengleich ^¬ richter anschließend mithilfe eines weiteren Schalters mit dem Transformator verbunden. Zudem wird der erste Brückengleichrichter zweckmäßigerweise derart angesteuert, dass eine Spannung, die am Elektrolyseur anliegt, konstant gehalten wird .

Zum Abschalten des Elektrolyseurs vom Wechselspannungsnetz wird der erste Brückengleichrichter vorteilhafterweise derart angesteuert, dass die Stromstärke des von der Reihenschaltung erzeugten Gleichstroms unter einen vorgegebenen Stromstärkewert abfällt. Vorteilhafterweise wird der zweite Brücken ^¬ gleichrichter anschließend mithilfe des weiteren Schalters vom Transformator getrennt. Hierdurch wird der erste Brücken- gleichrichter zweckmäßigerweise in einen sperrenden Zustand versetzt. Durch das Trennen des zweiten Brückengleichrichters kann der Gleichstrom, insbesondere aufgrund einer nicht line ^¬ aren Strom-Spannungskennlinie des Elektrolyseurs, unter eine Haltestromgrenze eines Thyristors des ersten Brückengleich- richters abfallen. In bevorzugter Weise wird anschließend der erste Brückengleichrichter mithilfe des Schalters vom Trans ^¬ formator getrennt.

Ferner kann das erfindungsgemäße Elektrolysesystem, insbeson- dere eine seiner oben beschriebenen Weiterbildungen, unter anderem zur Leistungsstabilisierung in einem Wechselspannungsnetz verwendet werden. Vorzugsweise wird bei der Leistungsstabilisierung eine Wirkleistung im Wechselspannungsnetz unterhalb einer vorgegebenen Leistungsobergrenze gehalten, insbesondere in Zeiten, in de ^¬ nen eine kraftwerksseitig ins Wechselspannungsnetz einge- speiste Wirkleistung eine verbraucherseitig umgesetzte Wirk ^¬ leistung übersteigt. Zu diesem Zweck nimmt das Elektrolyse ^¬ system zweckmäßigerweise eine Wirkleistung aus dem Wechsels ^¬ pannungsnetz auf. Weiter ist es zweckmäßig, wenn unter Verwendung dieser Wirkleistung mittels der Gleichrichtereinheit eine Gleichspannungsleistung erzeugt wird. Die Gleichspannungsleistung wiederum kann zur Durchführung eines Elektrolyseprozesses mittels des Elektrolyseurs verwendet werden.

Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen enthält zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen Unter ^¬ ansprüchen teilweise zu mehreren zusammengefasst wiedergege ^¬ ben sind. Diese Merkmale können jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachtet und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammengefasst werden. Insbesondere sind diese Merkmale je ^¬ weils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit dem erfindungsgemäßen Elektrolysesystem und dem erfindungsgemäßen Verfahren kombinierbar. So sind Verfahrensmerkmale, ge ^¬ genständlich formuliert, auch als Eigenschaft der entspre ^¬ chenden Vorrichtungseinheit zu sehen und umgekehrt.

Auch wenn in der Beschreibung bzw. in den Patentansprüchen einige Begriffe jeweils im Singular oder in Verbindung mit einem Zahlwort verwendet werden, soll der Umfang der Erfindung für diese Begriffe nicht auf den Singular oder das je ^¬ weilige Zahlwort eingeschränkt sein. Ferner sind die Wörter „ein" bzw. „eine" nicht als Zahlwörter, sondern als unbestimmte Artikel zu verstehen.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und beschränken die Erfindung nicht auf die darin angegebenen Kombinationen von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Außerdem können dazu geeignete Merkmale eines jeden Ausführungsbeispiels auch ex ^¬ plizit isoliert betrachtet, aus einem Ausführungsbeispiel entfernt, in ein anderes Ausführungsbeispiel zu dessen Ergän ^¬ zung eingebracht und mit einem beliebigen der Ansprüche kom ^¬ biniert werden.

Es zeigen:

FIG 1 ein Elektrolysesystem mit einer Gleichrichtereinheit, die zwei Reihenschaltungen von jeweils zwei Brückengleichtrichtern mit steuerbaren Schaltelementen umfasst; und

FIG 2 ein anderes Elektrolysesystem mit einer Gleichrichtereinheit, die zwei Reihenschaltungen von jeweils einem Brückengleichtrichter mit steuerbaren Schaltelementen und einem Brückengleichrichter mit Dioden umfasst .

FIG 1 zeigt ein Schaltbild eines Elektrolysesystems 2. Das Elektrolysesystem 2 umfasst einen Elektrolyseur 4 mit einer Anode 6 und einer Kathode 8. Des Weiteren umfasst das Elekt ^¬ rolysesystem 2 eine mit dem Elektrolyseur 4 verbundene

Gleichrichtereinheit 10 zum Versorgen des Elektrolyseurs 4 mit einem Gleichstrom. Außerdem umfasst das Elektrolysesystem 2 einen Transformator 12, durch den der Elektrolyseur 4 an ein Wechselspannungsnetz 14 gekoppelt ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Wechselspannungs ^¬ netz 14 um ein dreiphasiges Mittelspannungsnetz. Die Gleichrichtereinheit 10 umfasst eine erste Reihenschal ^¬ tung 16 von einem ersten Brückengleichrichter 18 und einem zweiten Brückengleichrichter 20 sowie eine zweite Reihenschaltung 22 von einem dritten Brückengleichrichter 24 und einem vierten Brückengleichrichter 26. Beide Reihenschaltungen 16, 22 sind mit dem Elektrolyseur 4 verbunden und zueinander parallel geschaltet. Der erste und der dritte Brückengleichrichter 18, 24 sind jeweils durch eine Elektrolyseuranschlussleitung 28 mit der Kathode 8 des Elektrolyseurs 4 verbunden, wobei die Elektroly- seuranschlussleitungen 28 an der Kathode 8 miteinander verbunden sind. Ferner sind der zweite und der vierte Brücken- gleichrichter 20, 26 jeweils durch eine Elektrolyseuranschlussleitung 30 mit der Anode 6 des Elektrolyseurs 4 ver ^¬ bunden, wobei letztgenannte Elektrolyseuranschlussleitungen 30 an der Anode 6 miteinander verbunden sind.

Außerdem sind der erste und der zweite Brückengleichrichter 18, 20 durch eine Verbindungsleitung 32 miteinander verbunden. Weiter sind der dritte und der vierte Brückengleichrichter 24, 26 durch eine weitere Verbindungsleitung 34 miteinander verbunden.

Die vier Brückengleichrichter 18, 20, 24, 26 sind als 6-Puls- Gleichrichter ausgestaltet und umfassen jeweils drei zueinander parallel geschaltete Phasenzweige 36. Jeder dieser Pha ^¬ senzweige 36 weist zwei zueinander in Reihe geschaltete steu ^¬ erbare Schaltelemente 38 auf. Das heißt, die vier Brücken ^¬ gleichrichter 18, 20, 24, 26 sind steuerbare Gleichrichter. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei den steuerbaren Schaltelemente 38 um Thyristoren. Weiterhin ist jeder der Phasenzweige 36 zwischen seinen steuerbaren Schaltelemente 38 mit einem Anschlussstrang 40 verbunden.

Des Weiteren ist der Transformator 12 als 3-Wicklungs- Transformator ausgestaltet, welcher ein Oberspannungssystem 42 sowie ein erstes Unterspannungssystem 44 und ein zweites Unterspannungssystem 46 aufweist, wobei jedes dieser drei

Spannungssysteme 42, 44, 46 jeweils drei Wicklungen umfasst. Das Oberspannungssystem 42 des Transformators 12 ist durch eine dreiphasige Netzanschlussleitung 48 an das Wechselspannungsnetz 14 angeschlossen. Die Netzanschlussleitung 48 umfasst einen Schalter 50, mittels welchem der Transformator 12 vom Wechselspannungsnetz 14 getrennt und wieder mit dem Wechselspannungsnetz 14 verbunden werden kann. Weiterhin weist der Schalter 50 eine Erdverbindung 52 auf, durch die das Oberspannungssystem 42 bei der Trennung des Transformators 12 vom Wechselspannungsnetz 14 auf Erdpotential gesetzt werden kann.

Das erste Unterspannungssystem 44 ist mit einer ersten Transformatoranschlussleitung 54 verbunden und das zweite Unterspannungssystem 46 ist mit einer zweiten Transformatoran- Schlussleitung 56 verbunden. Beide Transformatoranschlusslei ^¬ tungen 54, 56 umfassen jeweils drei Phasenleitungen 58.

Ferner weist jede der drei Phasenleitungen 58 der ersten Transformatoranschlussleitung 54 zwei Abzweigungen 60 auf, von denen eine mit dem ersten Brückengleichrichter 18 verbindbar ist und die andere mit dem dritten Brückengleichrichter 24 verbindbar ist. Entsprechend weist jede der drei Phasenleitungen 58 der zweiten Transformatoranschlussleitung 56 zwei Abzweigungen 60 auf, von denen eine mit dem zweiten Brückengleichrichter 20 verbindbar ist und die andere mit dem vierten Brückengleichrichter 26 verbindbar ist.

Des Weiteren umfasst jede der Abzweigungen 60 eine Parallel ^¬ schaltung von zwei Einzeladern 62 mit jeweils einer Sicherung 64. Prinzipiell ist es möglich, dass die Abzweigungen 60 al ^¬ ternativ jeweils eine Parallelschaltung von mehr als zwei Einzeladern 62 oder aber nur eine einzelne Einzelader 62 umfassen. Darüber hinaus umfasst jede der Abzweigungen 60 jeweils einen Schalter 66, mittels welchem die jeweilige Ab- zweigung 60 mit einem der Phasenstränge 40 verbunden bzw. von diesem getrennt werden kann. Außerdem weist das Elektrolysesystem 2 eine Steuereinheit 68 mit einem integrierten Hochlaufgeber auf, wobei die Steuereinheit 68 insbesondere als Regelung ausgeführt ist. Mithilfe der Steuereinheit 68 werden Schaltzustände der Schaltelemente 38 gesteuert. Insbesondere wird die Steuereinheit 68 dazu eingesetzt, einen Gleichstrom, mit dem der Elektrolyseur 4 durch die Gleichrichtereinheit 10 versorgt wird, zu regeln. Zu diesem Zweck weist das Elektrolysesystem 2 zwei Wechselstromwandler 70 sowie einen Gleichstromwandler 72 auf. Die Wechselstromwandler 70 sind an unterschiedlichen Phasenleitungen 58 der ersten Transformatoranschlussleitung 54 angeordnet. Wohingegen der Gleichstromwandler 72 an der Verbindungsleitung 32 angeordnet ist, durch welche der erste Brü ^¬ ckengleichrichter 18 mit dem zweiten Brückengleichrichter 20 verbunden ist. Außerdem sind die Stromwandler 70, 72 mit der Steuereinheit 68 verbunden.

Die Wechselstromwandler 70 werden jeweils dazu eingesetzt, eine Stromstärke eines durch die jeweilige Phasenleitung 58 der ersten Transformatoranschlussleitung 54 fließenden Wechselstroms zu ermitteln. Entsprechend wird der Gleichstrom ^¬ wandler 72 dazu eingesetzt, eine Stromstärke eines durch die Verbindungsleitung 32, durch welche der erste Brückengleichrichter 18 mit dem zweiten Brückengleichrichter 20 verbunden ist, fließenden Gleichstroms zu ermitteln.

Ferner weisen die mit der ersten Reihenschaltung 16 verbunden Leitungen und die ihnen entsprechenden Leitungen, welche mit der zweiten Reihenschaltung 22 verbunden sind, gleiche ohm- sehe Widerstände auf. Darüber hinaus weisen die mit der ers ^¬ ten Unterspannungssystem 44 verbunden Leitungen und die ihnen entsprechenden Leitungen, welche mit der zweiten Unterspannungssystem 46 verbunden sind, gleiche ohmsche Widerstände auf. Dies ermöglicht, dass durch die beiden Reihenschaltungen 16, 22 gleiche Gleichströme fließen, wenn die Steuerelemente 38 der ersten Reihenschaltung 16 und die Steuerelemente 38 der zweiten Reihenschaltung 22 synchron oder in einem vorgegebenem zeitlichen Abstand angesteuert werden. Das Elektrolysesystem 2 wird zur Leistungsstabilisierung im Wechselspannungsnetz 14 verwendet. Bei der Leistungsstabili ^¬ sierung wird eine Wirkleistung im Wechselspannungsnetz 14 unterhalb einer vorgegebenen Leistungsobergrenze gehalten. Zu diesem Zweck nimmt das Elektrolysesystem 2 eine Wirkleistung aus dem Wechselspannungsnetz 14 auf. Unter Verwendung dieser Wirkleistung wird mittels der Gleichrichtereinheit 10 eine Gleichspannungsleistung erzeugt. Die Gleichspannungsleistung wiederum wird zur Durchführung eines Elektrolyseprozesses mittels des Elektrolyseurs 4 verwendet.

Bei der Durchführung des Elektrolyseprozesses wird der

Elektrolyseur 4 von der Gleichrichtereinheit 10 mit einem Gleichstrom versorgt, der mithilfe der beiden Reihenschaltun- gen 16, 22 erzeugt wird. Die Gleichrichtereinheit 10 wiederum wird unter Verwendung des Transformators 12 mit einer Wechselspannung versorgt. Ferner wird mithilfe der steuerbaren Schaltelemente 38 der Brückengleichrichter 18, 20, 24, 26 ei ^¬ ne elektrische Leistung, die vom Elektrolyseur 4 umgesetzt wird, auf einen vorgegebenen Leistungswert eingestellt. Hier ^¬ bei werden die steuerbaren Schaltelemente 38 von der Steuereinheit 68 derart angesteuert, dass der Gleichstrom eine vor ^¬ gegebene Stromstärke aufweist. Weiter wird die Wechselspan ^¬ nung, mit der die Gleichrichtereinheit 10 versorgt wird, mit- hilfe des Transformators 12 derart vorgegeben, dass die elektrische Leistung, die vom Elektrolyseur umgesetzt wird, über eine vorgegebene akkumulierte Betriebsdauer des Elektro ^¬ lyseurs 4 hinweg sowie bei variierender Betriebstemperatur des Elektrolyseurs 4 im Wesentlichen konstant gehalten wird.

FIG 2 zeigt ein Schaltbild eines weiteren Elektrolysesystems 74. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesent ^¬ lichen auf die Unterschiede zum vorhergehenden Ausführungs ^¬ beispiel, auf das bezüglich gleich bleibender Merkmale und Funktionen verwiesen wird. Werden in den beiden Figuren gleiche Bezugszeichen verwendet, so bezeichnen diese Bezugszei ^¬ chen im Wesentlichen gleiche bzw. einander entsprechende Elemente . Das weitere Elektrolysesystem 74 aus FIG 2 unterscheidet sich vom Elektrolysesystem 2 aus FIG 1 dadurch, dass der zweite und der vierte Brückengleichrichter 20, 26

Diodengleichrichter sind und somit anstelle der steuerbaren Schaltelemente Dioden 76 aufweisen. Das heißt, dass nur der erste sowie der dritte Brückengleichrichter 18, 24 steuerbare Gleichrichter sind. Entsprechend werden nur der erste und der dritte Brückengleichrichter 18, 24, genauer gesagt deren Steuerelemente 38, von der Steuereinheit 68 angesteuert.

Außerdem umfasst das weitere Elektrolysesystem 74 drei Kondensatoren 78. Diese sind jeweils an eine der Phasenleitungen 58 der zweiten Transformatoranschlussleitung 56 angeschlossen sind. Somit sind die Kondensatoren 78 mit dem zweiten und dem vierten Brückengleichrichter 20, 26 sowie mit dem zweiten Unterspannungssystem 46 des Transformators 12 verbunden. Die Kondensatoren 78 werden zur Verringerung einer Blindleistung im Wechselspannungsnetz 14 eingesetzt, indem die Kondensatoren 78 eine elektrische Leistung aus dem Wechselspannungsnetz 14 aufnehmen und/oder in das Wechselspannungsnetz 14 einspeisen .

Weiterhin sind die einzelnen Wicklungen des jeweiligen Spannungssystems 42, 44, 46 des Transformators 12 eine erste Pha- senverschiebung zwischen einer Außenleiterspannung des ersten Unterspannungssystems 44 und einer Außenleiterspannung des Oberspannungssystems 42 bewirkend miteinander verschaltet. Zudem sind die einzelnen Wicklungen des jeweiligen Spannungssystems 42, 44, 46 eine zweite Phasenverschiebung zwischen einer Außenleiterspannung des zweiten Unterspannungssystems 46 und einer Außenleiterspannung des Oberspannungssystems 42 bewirkend miteinander verschaltet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt die erste Phasenverschiebung 0° und die zweite Phasenverschiebung 30°.

Zum Zuschalten des Elektrolyseurs 4 an das Wechselspannungs ^¬ netz 14 werden der erste und der dritte Brückengleichrichter 18, 24 mithilfe der Schalter 66 der ersten Transformatoran- Schlussleitung 54 mit dem Transformator 12 verbunden. Zudem werden der erste und der dritte Brückengleichrichter 18, 24 derart angesteuert, dass von beiden Reihenschaltungen 16, 22 jeweils ein Gleichstrom erzeugt wird, dessen Stromstärke ge- maß einer vorgegebenen Funktion bei Null beginnend erhöht wird, bis durch den Elektrolyseur 4 ein Strom mit einer vorgegebenen Stromstärke fließt. Anschließend werden der zweite und der vierte Brückengleichrichter 20, 26 mithilfe der

Schalter 66 der zweiten Transformatoranschlussleitung 56 mit dem Transformator 12 verbunden. Zugleich werden der erste und der dritte Brückengleichrichter 18, 24 derart angesteuert, dass die am Elektrolyseur 4 anliegende Spannung konstant ge ^¬ halten wird. Zum Abschalten des Elektrolyseurs 4 vom Wechselspannungsnetz 14 werden der erste und der dritte Brückengleichrichter 18, 24 derart angesteuert, dass die Stromstärke des von der je ^¬ weiligen Reihenschaltung 16, 22 erzeugten Gleichstroms unter einen vorgegebenen Stromstärkewert abfällt. Anschließend wer- den der zweite und der vierte Brückengleichrichter 20, 26 mithilfe der Schalter 66 der zweiten Transformatoranschluss ^¬ leitung 56 vom Transformator 12 getrennt. Hierdurch werden der erste und der dritte Brückengleichrichter 18, 24 in einen sperrenden Zustand versetzt, insbesondere dadurch, dass die Gleichströme unter eine Haltestromgrenze der Thyristoren ab ^¬ fallen. Anschließend werden der erste und der dritte Brückengleichrichter 18, 24 mithilfe der Schalter 66 der ersten Transformatoranschlussleitung 54 vom Transformator 12 getrennt .

Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.