Die erfindungsgemäße Anlage kann zur Befüllung von Gastanks an erdgasbetriebenen Fahrzeugen, aber auch für andere gasförmige Kraftstoffe, wie z. B. Biogas oder Wasserstoff eingesetzt werden.

Zur Befüllung von Gastanks werden bisher unter ande- rem auch so genannte Banksysteme eingesetzt. Dabei werden zwei oder drei Druck-oder Druckgasbehälter verwendet, in denen Gas für unterschiedliche Druckbe- reiche beim Auffülen von Gastanks gespeichert werden kann. So wird beispielsweise bei einem Dreibanksystem ein Gasspeicher (L-Bank) für den unteren Druckbereich im Gastank, ein Gasspeicher (M-Bank) für den mittle- ren Druckbereich und der dritte Gasspeicher (H-Bank) für den oberen Druckbereich im Gastank verwendet. Da die Strömungsgeschwindigkeit und demzufolge auch die erforderliche Befüllzeit von Gastanks, ohne zusätzli- che Zwischenkomprimierung, von der jeweiligen Druck-

differenz zwischen Gasspeicher und Gastank abhängt, wird bei solchen Banksystemen so verfahren, dass zu Beginn des Befüllvorgangs zuerst aus der L-Bank, nachfolgend aus der M-Bank und zuletzt aus der H-Bank befüllt wird. Dabei kann der entsprechende Gasspei- cher bis zum Erreichen des Druckausgleichs zwischen den Gasspeichern und dem Gastank genutzt werden. Bei Zweibanksystemen wird auf eine L-Bank verzichtet.

Mit diesem System kann daher wegen der Abhängigkeit vom Druckgefälle nicht das gesamte in den einzelnen Bänken vorgehaltene, komprimierte Gas zur Befüllung des Gastanks benutzt werden und der Ausnutzungsgrad liegt in der Regel bei ca. 35 %. Ein weiterer Nach- teil besteht darin, dass der Gastank dann nicht auf den maximalen Druck befüllt werden kann, wenn der Gasspeicher schon teilweise entleert ist.

Dieser Nachteil des geringen Ausnutzungsgrades kann auch mit einem so genannten Booster, als Nachverdich- ter, mit dem eine zusätzliche Druckerhöhung des in den Gastank strömenden Gases erfolgen soll, nicht befriedigend beseitigt werden. Denn die Leistung des Boosters und damit die erforderliche Zeit bis zum Erreichen des maximalen Druckes im Gastank ist abhän- gig vom Druck-und das heißt vom Füllungsgrad des Gasspeichers.

Eine Lösung, die sowohl die geforderten Tank-bzw.

Befüllzeiten, als auch eine maximale Befüllung der Gastanks und gleichfalls eine zumindest annähernd 100 %-ige Nutzung des in Gasspeichern enthaltenen komprimierten Gases ermöglicht, besteht bei der Ver- wendung dynamischer Gasspeicher, wie sie in DE 198 43 669 Cl beschrieben sind. Hierbei wird bei einem Über-

strömen von Gas in den Gastank der Druck im Gasspei- cher dadurch konstant gehalten, dass das Volumen im Gasspeicher entsprechend verringert wird.

Bei allen bekannten Lösungen stellt sich aber das Problem, dass von den Anwendern möglichst kurze Tank- zeiten und eine maximale Füllung der Gastanks gefor- dert, aber aus der Sicht der Anlagenbauer/-betreiber gleichzeitig bzw. alternativ die in den Druck-bzw.

Druckgasbehältern gespeicherte Gasmenge maximal aus- genutzt werden soll.

Die Erfüllung dieser Forderungen und die oben ge- schilderten Gasspeichersysteme, mit denen diesen For- derungen entsprochen werden soll, führen zu hohen Investitionskosten für die Gasspeicher.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, insbesondere für kleine Kapazitäten eine Anlage zur Befüllung von Gas- tanks zur Verfügung zu stellen, mit der flexibel und kostengünstig die verschiedensten Anforderungen be- züglich kurzer Tankzeiten und optimaler Befüllstrate- gie erfüllt und die verfügbare Gasspeicherkapazität möglichst gut ausgenutzt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Anlage gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungs- formen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich mit den in den untergeordneten Ansprüchen genannten Merkmalen.

Die erfindungsgemäße Anlage zur Befüllung von Gas- tanks verwendet mindestens zwei Druck-oder Druckgas- behälter herkömmlicher Bauart, die über Leitungen eines Leitungssystems mit einer Zapfstelle oder einem

Verteiler für mehrere Zapfstellen verbunden sind.

Selbstverständlich können auch mehr als zwei solcher Druck-oder Druckgasbehälter verwendet werden, wobei die Möglichkeit besteht, diese zu zwei Einheiten zu bündeln.

Wichtig ist es, dass im ventilgesteuerten Leitungs- system eine Bypassleitung, in die ein Verdichter an- geordnet ist, angeschlossen ist.

Durch entsprechende Schaltung der Ventile des Lei- tungssystems, wobei auf bestimmte Möglichkeiten nach- folgend noch zurückzukommen sein wird, können ver- schiedenste Befüllungsregimes realisiert werden, die den jeweiligen Einsatzbedingungen und Anforderungen des Betreibers Rechnung tragen. Die verwendeten Druck-oder Druckgasbehälter stellen Gasspeicher dar, in denen komprimiertes Gas mit gleichem oder unglei- chem Maximaldruck enthalten sein kann. In Anlehnung an die bekannten Zwei-und Dreibanksysteme kann die Befüllung des Gastanks unter Berücksichtigung der momentanen Druckgefälle aus dem einen oder dem ande- ren Gasspeicher vorgenommen werden, wobei der in der Bypassleitung angeordnete Verdichter sowohl, als Zwi- schenverstärker fungierend, beim Befüllen des Gast- anks eine Druckerhöhung bewirken, wie auch in Be- füllpausen eine Nachbefüllung von mindestens einem der beiden Gasspeicher realisieren kann.

Für die Realisierung der verschiedenen Befüllregimes können die in die verschiedenen Leitungen des Leitungssystems geschaltenen Magnetventile je nach Bedarf geöffnet oder geschlossen werden. Hierzu kön- nen an bzw. im Leitungssystem an den verschiedenen Leitungen Sensoren eingesetzt werden, deren Signale

direkt aber auch über eine speicherprogrammierbare Steuerung zum Betätigen der Magnetventile entspre- chend geschaltet werden können. Mit den Sensoren kann in den Leitungen der jeweilige Druck, aber auch der momentane Volumenstrom des in den Gastank strömenden Gases gemessen werden.

In einer einfachen Ausführung kann auch eine zeit- taktgesteuerte Steuerung der verschiedenen Magnetven- tile erfolgen, wobei dann gegebenenfalls auf die Mes- sungen verzichtet werden kann.

Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, den Druck im Gastank und/oder den Gasspeichern für die Manipulation der unterschiedlichsten Ventile zu mes- sen und diese Messsignale entsprechend zu nutzen.

Der in der Bypassleitung angeordnete Verdichter ist vorteilhafterweise ein hydraulisch betriebener Dop- pelkolbenverdichter.

Ein solcher Verdichter kann mittels eines Wegeventils gesteuert werden, so dass Hydraulikflüssigkeit wech- selweise in die zwei Hydraulikzylinder des Doppelkol- benverdichters gedrückt und durch entsprechende Bewe- gung des Doppelkolbens Gas aus einem von zwei Ar- beitszylindern in komprimierter Form verdrängt und in den zweiten Arbeitszylinder im Nachgang zu komprimie- rendes Gas einströmen kann.

Zur Verhinderung von unerwünschtem Rückströmen von Gas sind in die Verbindungsleitungen zwischen den Arbeitszylindern des Verdichters und den Gasspeichern bzw. zum Gastank Rückschlagventile geschaltet.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann den entspre- chenden Anforderungen gemäß, so gearbeitet werden, dass eine möglichst kurze Befüllzeit für den Gastank, mit entsprechend hohen Strömungsgeschwindigkeiten und Volumenströmen genauso realisiert werden kann, wie auch ein möglichst schonender Umgang mit den Gasspei- cherreserven, um auch gegebenenfalls nachfolgend vor- handene Befüllanforderungen weiterer Benutzer Rech- nung zu tragen, indem das Druckgefälle aus den minde- stens zwei Gasspeichern optimal ausgenutzt wird. Die- ser Sachverhalt kann relativ einfach und flexibel durch die Anordnung des zusätzlichen Verdichters in der Bypassleitung erreicht werden, da die mindestens zwei vorhandenen Gasspeicher entkoppelt, der Verdich- ter aber flexibel, bei entsprechender Schaltung der im Leitungssystem vorhandenen Magnetventile für die verschiedenen Befüllfunktionen und Befüllwege einge- setzt werden kann.

An der Schnittstelle zum Nutzer einer Tankanlage än- dert sich gegenüber bekannten Systemen nichts, d. h. es können alle bekannten Systeme von Tankautomaten, Zapfsäulen und Abrechnungssysteme eingesetzt werden.

Nachfolgend soll die Erfindung an Hand von Ausfüh- rungsbeispielen näher erläutert werden.

Dabei zeigen : Figur 1 : ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Anla- ge, in schematischer Darstellung und Figur 2 : den schematischen Aufbau eines in einer erfindungsgemäßen Anlage einsetzbaren Ver- dichters.

Bei dem in Figur 1 gezeigten schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Anlage sind zwei Gasspeicher 1 und 8 über Leitungen 23,24 sowie 25, die ein ven- tilgesteuertes Leitungssystem bilden, mit einem Ver- teiler 15, an dem mehrere Zapfstellen angeschlossen sein können, verbunden. Die beiden Gasspeicher 1 und 8 können ein unterschiedliches Druckniveau aufweisen und demzufolge ähnlich wie eine bekannte M-Bank und H-Bank genutzt werden.

Der Gasspeicher 1 kann über einen nicht dargestellten Verdichter oder ein mobiles System mit komprimiertem Gas versorgt werden. Der Gasspeicher 8 kann über den Verdichter 7 aus dem Gasspeicher 1 oder ebenfalls über den nicht dargestellten Verdichter aaufgefüllt werden.

Durch entsprechende Schaltung der Magnetventile 10, 11 und 14 kann die Befüllung mindestens eines nicht dargestellten Gastanks über den Verteiler 15 in ver- schiedenster Form realisiert werden.

So kann die Befüllung bei geschlossenen Magnetventi- len 10 und 11 und gleichzeitig ausgeschaltetem Ver- dichter 7, aus dem die M-Bank bildenden Gasspeicher 1 über die Leitung 23 und 25 direkt erfolgen, wobei diese Schaltstellung so lange eingehalten werden sollte, bis eine bestimmte verringerte Druckdifferenz oder Druckausgleich zwischen Gasspeicher 1 und je- weils zu befüllenden Gastank erreicht worden ist.

Dann wird das Magnetventil 10 geöffnet und die Befül- lung erfolgt aus dem die H-Bank bildenden Gasspeicher 8 über die Leitungen 24 und 25, bei weiter geöffnetem Magnetventil 14.

Da beim Umschalten der Ausgangsdruck im Gasspeicher 8 höher als der aktuelle Druck im Gasspeicher 1 ist, ist selbstverständlich die ausnutzbare Druckdifferenz zwischen Gasspeicher 8 und dem jeweils zu befüllenden Gastank wieder größer, so dass die Befüllung in ent- sprechend kürzerer Zeit erfolgen und zu einem höheren Füllgrad führen kann.

Sinkt der Druck im Gasspeicher 8 weiter ab, kann die Befüllgeschwindigkeit erhöht und demzufolge die für die Befüllung erforderliche Zeit verringert werden, indem das Magnetventil 10 geschlossen und das in der Leitung 28 vorhandene Magnetventil 11 geöffnet wird.

Das Gas kann dann in einem 3. Takt über die Bypass- leitung 2,2'und den Verdichter 7 durch Leitung 25 zum Verteiler 15 geführt werden. Gleichzeitig wird der Verdichter 7 eingeschaltet und Gas kann mit höhe- rem Druck über den Verteiler 15 zum Gastank gefördert werden.

In Befüllpausen kann der Gasspeicher 8, als H-Bank aus dem Gasspeicher 1 als M-Bank wieder aufgefüllt werden. Dabei sind die Magnetventile 11 und 14 ge- schlossen. Das Gas gelangt aus dem Gasspeicher 1 über die Leitung 23, den eingeschalteten Verdichter 7 durch das geöffnete Magnetventil 10 und die Leitung 24 in den Gasspeicher 8.

Für die Steuerung der Anlage können Sensoren, bei- spielsweise Drucksenoren, Volumenstromsensoren oder auch Durchflussmengenmesser eingesetzt werden.

Die gestrichelt gezeichnete Leitung 28 mit dem Ma- gnetventil 11 und das gestrichelte Rückschlagventil 21 kann dann entfallen, wenn in einer niedrigeren

Ausbaustufe der Anlage auf den o. g. 3. Takt verzich- tet werden kann.

In der Leitung 23 sind ein Rückschlagventil 21 und ein zweites Rückschlagventil 22 zwischen der Bypass- leitung 2 vorhanden, um unerwünschte Gaströme zu ver- hindern.

Der Druckschalter 13 schaltet das System ab, wenn im Gastank der maximale Druck erreicht ist.

Mit den bereits beschriebenen Möglichkeiten, mit der die Anlage betrieben werden kann, können die ver- schiedensten Anforderungen eines Betreibers nahezu optimal berücksichtigt werden. Bei dem Primat mög- lichst kurzer Befüllzeiten von Gastanks kann eine möglichst hohe Strömungsgeschwindigkeit gesichert werden. In anderen Betriebsweisen besteht die Mög- lichkeit, die in den Gasspeichern 1 und 8 enthaltenen Gasreserven weitestgehend zu schonen, wenn beispiels- weise Befüllanforderungen weiterer Nutzer kurzzeitig nachfolgend befriedigt werden sollen. Grundsätzlich geht es darum, das Druckgefälle zwischen den Gasspei- chern 1 und 8, die als M-und H-Bank fungieren, opti- mal zu nutzen.

Zur Minimierung der Befüllzeiten kann die Steuerung so programmiert oder ein entsprechendes Steuerpro- gramm ausgewählt werden, dass die Befüllanforderung vollständig aus dem Gasspeicher 8, als H-Bank abge- deckt wird.

Mit Hilfe von Optimierungsrechnungen kann aber auch bestimmt werden, ob vorab ein bestimmter Anteil des benötigten Gases erst aus dem Gasspeicher 1, als M-

Bank entnommen wird.

Hierbei hängt es bei den Berechnungen vom Füllgrad von Gasspeicher 1 (M-Bank) und Gasspeicher 8 (H-Bank) ab, bis zu welchem Druck im Gastank eine Befüllung aus dem Gasspeicher 1 erfolgen soll oder sinnvoll durchgeführt werden kann, wobei diese Befüllung bis zum Druckausgleich zwischen Gasspeicher 1 und Gastank möglich ist.

In einer weiteren Simulation kann berechnet werden, ob und in welchem Umfang es zur Verkürzung der Be- füllzeit günstiger ist, Gas aus dem Gasspeicher 8 (H- Bank) in nachverdichteter Form über den Verdichter 7 zur Befüllung in den Gastank zu fördern.

In einigen Fällen kann es sich bei diesen Simulatio- nen als günstig erweisen, bereits vor Einstellung des Druckausgleichs zwischen Gasspeicher 8 und Gastank ein Nachverdichten durch Führung des Gasstromes aus dem Gasspeicher 8 über den Verdichter 7, bei entspre- chend geöffneten bzw. geschlossenen Magnetventilen 10,11 und 14, wie bereits vorab beschrieben, durch- zuführen, wobei sich der höhere Eintrittsdruck des aus dem Gasspeicher 8 in den Verdichter 7 geführten Gases vorteilhaft auswirkt.

In der Figur 2 ist ein in der erfindungsgemäßen An- lage einsetzbarer Verdichter 7, mit den für seinen Betrieb erforderlichen Elementen dargestellt. Es han- delt sich dabei um einen hydraulisch betriebenen Dop- pelkolbenverdichter, bei dem der Doppelkolben 3 durch von einer Hydraulikpumpe 16 gefördertes und mit Hilfe eines Wegeventils 6 gesteuertes Hydrauliköl angetrie- ben wird und translatorisch hin-und herbewegbar ist.

In der Darstellung gemäß Figur 2 ist der Verdichter 7 in Ruhestellung gezeigt. Durch die geringe Lekage im Wegeventil 6 hat sich der hydraulische Druck in den Hydraulikzylindern 28,28'abgebaut.

Zum Inbetriebsetzen des Verdichters-angesteuert, wie oben beschrieben-wird das Ventil 29, das bei- spielsweise in der Leitung zum Gasdruckspeicher (H- Bank) angeordnet ist, geöffnet und es kann Gas unmit- telbar über die Rückschlagventile 19,19'und 20,20' in den Gastank strömen, wobei dies theoretisch bis zum Druckausgleich zwischen Gasspeicher 8 und Gastank erfolgen könnte.

Anschließend wird die Hydraulikpumpe 16 eingeschaltet und das Wegeventil 6 schaltet in die Schaltposition 30. Dadurch wird Hydrauliköl über die Leitung A zum Hydraulikzylinder 28 gefördert und der Doppelkolben 3 bewegt sich entsprechend nach rechts. Dadurch wird im linken Arbeitszylinder 4 befindliches Gas komprimiert und über das Rückschlagventil 20 durch die Leitung 18, je nach Schaltstellung der Magnetventile, wie vorab beschrieben, entweder in den Gasspeicher 8 oder unmittelbar in den zu befüllenden Gastank gefördert.

Gleichzeitig strömt Gas über das Rückschlagventil 19' in den rechten Arbeitszylinder 4', der entsprechend gefüllt wird. Das über Leitungen an diesen Arbeits- zylinder 4'angeschlossene Rückschlagventil 20'ist dabei geschlossen. Im rechten Hydraulikzylinder 28' befindliches Hydrauliköl wird über die Leitung B ver- drängt und gelangt über das Wegeventil 6 zum Hydrau- likölbehälter, an dem die Hydraulikpumpe 16 ange- schlossen ist.

Vorteilhaft ist es, dass die Bewegung des Doppelkol-

bens 3 durch den Restgasdruck im rechten Arbeitszy- linder 4'unterstützt wird, und demzufolge vermindert sich die von der Hydraulikseite erforderliche Kom- pressionsarbeit um die im komprimierten Gas gespei- cherte Energie. Bei Erreichen der rechten Endlage des Doppelkolbens 3, die bei diesem Beispiel mit einem entsprechenden Wegesensor WS erkannt werden kann, schaltet das Wegeventil 6 in die Schaltposition 31 und Hydrauliköl wird entsprechend über die Leitung B in den rechten Hydraulikzylinder 28'gefördert, so dass sich der Doppelkolben 3 nunmehr nach links be- wegt und der Vorgang nunmehr in entgegengesetzter Richtung wiederholt wird, wobei das im rechten Arbeitszylinder 4'enthaltene Gas komprimiert und durch das entsprechend angeordnete Rückschlagventil 20'in die Leitung 18 gefördert wird.

Mit Hilfe der Wegesensoren WS in den Endlagen des Doppelkolbens 3 wird der Oszilliervorgang des Doppel- kolbens aufrecht gehalten, bis der Druckschalter DS bzw. ein Drucksensor am Gasspeicher 8 oder am Gastank bzw. dessen Zapfstelle das Erreichen des gewünschten Druckes im Gastank bzw. im Gasspeicher 8 meldet. Das Hydrauliksystem wird durch Abschalten der Hydraulik- pumpe 16 und Stromlosschaltung des Wegeventiles 6 abgeschaltet, wobei sich der Doppelkolben 3 wieder in die dargestellte Mittelstellung bewegt.

Da in dem zuletzt genutzten Arbeitszylinder 4 oder 4' noch ein entsprechend hoher Gasdruck herrscht, bewegt sich der Doppelkolben 3 in eine Endlage und das im Bewegungsrichtung noch vorhandene Hydrauliköl wird aus dem entsprechenden Hydraulikzylinder 28 oder 28' verdrängt und gelangt über das Wegeventil 6 wieder in den Hydraulikölbehälter. Infolge der gedrosselten

Mittelstellung des Wegeventils 6 findet dieser Vor- gang zeitverzögert statt und es können dadurch Schaltschläge verhindert werden. Damit der entgegen- gesetzte Hydraulikzylinder 28 bzw. 28'gefüllt bleibt, wird aus dem Hydraulikbehälter über die Nach- saugleitung NL und das entsprechende Nachsaugventil NV Hydrauliköl in diesen Hydraulikzylinder 28 bzw.

28'nachgesaugt.

Durch Einsatz einer leistungsgeregelten Hydraulikpum- pe 16 kann bei niedrigem Gasdruck im Gasspeicher 8 oder im Gastank ein hoher Volumenstrom erreicht wer- den. Mit der Wahl entsprechender Ventile läßt sich der Lärmpegel gering halten.

Das Wegeventil 6 kann in einer so genannten"Soft- Shift"-Ausführung verwendet werden. Dadurch können die Schaltbewegungen des Wegeventiles 6 verzögert ablaufen und Schaltschläge und Druckspitzen wirksam vermieden werden. Über entsprechende Schaltverstärker in den Ventilsteckern kann das Schaltverhalten opti- miert werden, so dass ein geräuscharmer Betrieb des Verdichters 7 erreichbar ist.

Bei dem hier gezeigten Beispiel ist eine leistungs- geregelte Hydraulikpumpe 16 verwendet worden, bei der bezogen auf die Antriebsleistung des Antriebsmotors der Hydraulikpumpe, das Produkt aus Volumenstrom und Betriebsdruck automatisch konstant gehalten werden kann.

Somit kann der geforderte Volumenstrom der Hydraulik- pumpe, so lange der Druck auf der Gasaustrittsseite noch relativ gering ist, auf einen Maximalwert gere- gelt werden und der Verdichter 7 oszilliert mit ent-

sprechend höherer Frequenz. In dem Masse, mit dem der Druck auf der Gasaustrittsseite zunimmt, wird die Fördermenge der Hydraulikpumpe auf geringere Werte zurückgeregelt, so dass die Frequenz der Bewegung des Doppelkolbens 3 sich kontinuierlich verringert.

Da die installierte Antriebsleistung entsprechend dem Druckniveau immer optimal in Kompressionsarbeit umge- setzt werden kann, sind die Anschaffungs-und die Betriebskosten entsprechend verringert.

Wesentliche Vorteile eines solchen Verdichters 7 sind die Entlastung des Hydraulikantriebes durch die gas- seitig ausgenutzte Energie. Die Antriebsleistung wird durch die rein hydraulische Leistungsregelung stets optimal in Kompressionsarbeit umgesetzt. Der Verdich- ter 7 kann relativ klein gebaut sein und erfordert demzufolge nur einen geringen Raumbedarf. Die verwen- deten Steuerungselemente garantieren zusätzlich einen geräuscharmen und materialschonenden Betrieb und die Sicherheit ist durch entsprechende Elemente (Feinfil- ter, Sicherheitsventile, Druckschalter, Temperatur- und Niveauüberwachung) gewährleistet.

Weitere in der Figur 2 dargestellte Komponenten sind ein Filter F, ein Sicherheitsventil SV, ein Manometer Ma, der Antrieb M für die Hydraulikpumpe 16 und ein optional verwendbarer Ölkühler K, ein Temperatur- schalter TS, ein Niveauschalter NS, die an das Wege- ventil angeschlossene Druckleitung P und eine Tank- leitung T für den Rücklauf.