Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen von

Behältern mit einem verdichteten Gas, das in einer Mehrzahl von Druckgasspeichern vorrätig gehalten wird, wobei ein erster Druckgasspeicher einen Gasdruck aufweist, der höher ist als der Gasdruck in einem zweiten Druckgasspeicher, und der zweite Druckgasspeicher einen Gasdruck aufweist, der höher ist als der Gasdruck in einem dritten

Druckgasspeicher, und die Befüllung wenigstens eines ersten Behälters auf Grund des Druckunterschieds zwischen dem jeweiligen Druckgasspeicher und dem wenigstens einen ersten Behälter erfolgt.

Die Erfindung betrifft weiters eine Vorrichtung zur

Durchführung eines solchen Verfahrens, umfassend eine

Mehrzahl von an Ventile angeschlossenen Druckgasspeichern und eine Steuervorrichtung zum Ansteuern der Ventile, sodass ein in den Druckgasspeichern enthaltenes Gas je nach Schaltstellung der Ventile aus einem der Druckgasspeicher einem Füllanschluss zum Befüllen eines Behälters zuführbar ist, wobei Drucksensoren zum Messen des Gasdrucks in den Druckgasspeichern und des Gasdrucks in dem zu befüllenden Behälter vorgesehen sind, und die Messwerte der

Drucksensoren der Steuervorrichtung zugeführt sind, sodass die Ventile in Abhängigkeit von den ermittelten Druckwerten angesteuert werden können, wobei der Gasdruck in einem ersten Druckgasspeicher höher ist als der Gasdruck in einem zweiten Druckgasspeicher, und der Gasdruck im zweiten

Druckgasspeicher höher ist als der Gasdruck in einem dritten Druckgasspeicher. Kraftfahrzeuge können bei entsprechender Ausbildung des Verbrennungsmotors nicht nur mit flüssigem Kraftstoff, sondern auch mit gasförmigem Kraftstoff betrieben werden. Insbesondere sind Erdgasfahrzeuge bekannt geworden, welche vorrangig mit verdichtetem Erdgas als Kraftstoff betrieben werden und mit einem Verbrennungsmotor als Antriebsaggregat ausgestattet sind. Anstatt beispielsweise eines

Benzinluftgemisches wird ein aufbereitetes Erdgas-Luft- Gemisch in den Zylindern verbrannt.

Da Erdgas bei atmosphärischem Normaldruck im Vergleich zu flüssigem Kraftstoff eine sehr geringe Energiedichte besitzt, wird das Erdgas in der Regel auf etwa 200 bar und mehr verdichtet oder durch Temperaturabsenkung verflüssigt, um eine ausreichende Energiemenge in einem vertretbaren Volumen im Fahrzeug mitführen zu können.

Die vorliegende Erfindung befasst sich hierbei nicht mit verflüssigten Gasen, sondern mit Gasen, die in

verdichtetem, gasförmigen Zustand in Druckgasspeichern vorrätig gehalten und von dort in einen Behälter, wie z.B. in einen Kraftfahrzeugtank, gefüllt werden. Insbesondere befasst sich die Erfindung mit Erdgas, das als Kraftstoff für entsprechend motorisierte Kraftfahrzeuge verwendet werden kann und das für die Zwecke der Lagerung, des

Transports und der Betankung als Compressed Natural Gas (CNG) vorliegt. Die Erfindung kann aber auch mit allen anderen Gasen ausgeführt werden, die bei Raumtemperatur in verdichtetem, gasförmigen Zustand in entsprechenden

Druckgasspeichern gelagert werden können.

Zum Betanken von Erdgasfahrzeugen muss das Erdgas an

Tankstellen in entsprechend komprimierter Form bereitgestellt werden. Zu diesem Zweck ist an die Gruppe der mit dem Gas gefüllten Druckgasspeicher mindestens eine Zapfsäule angeschlossen.

Um eine maximale Fahrzeugreichweite zu gewährleisten, sollte der Fahrzeuggastank, also der zu füllende Behälter, bis auf den maximal zulässigen Betriebsdruck gefüllt werden. Üblicherweise geht man derzeit von maximalen

Betriebsdrücken von etwa 200 bar bei Kraftfahrzeugen aus. Bei nach dem Überströmprinzip erfolgenden Tankvorgängen, bei denen das Gas aus dem Druckgasspeicher aufgrund einer Druckdifferenz zwischen dem Druckgasspeicher und dem zu befüllenden Behälter bzw. Tank in den Tank ohne

Zwischenschaltung eines Verdichters übergeführt wird, führt die Entnahme von Gas aus dem Druckgasspeicher zu einer Verringerung des Gasdrucks im Druckgasspeicher mit der Folge, dass zum einen die Tankzeiten länger werden und dass zum anderen der Gasstrom zwischen Druckgasspeicher und Gastank dann zum Erliegen kommt, wenn bei einem Tankvorgang der Druck im Gastank soweit ansteigt, dass der Druck im Druckgasspeicher erreicht ist.

Um den Nutzungsgrad des Druckgasspeichers zu vergrößern, wurde bereits vorgeschlagen, den Druckgasspeicher als sog. Drei-Bank-System auszulegen, bei dem das Gas in wenigstens drei Druckgasspeichern gespeichert ist, mit denen der

Gastank der Reihe nach betankt wird. Zum Betanken wird der Gastank zunächst mit einem der Druckgasspeicher („dritter Druckgasspeicher") verbunden, bis im Gastank ein Druck von beispielsweise 130 bar erreicht ist. Anschließend wird auf den nächsten Druckgasspeicher („zweiter Druckgasspeicher") umgeschaltet, bis im Gastank ein Druck von 170 bar erreicht ist. Anschließend wird wieder auf den nächsten Druckgasspeicher („erster Druckgasspeicher") umgeschaltet, bis sich der gewünschte Enddruck von beispielsweise 200 bar im Gastank eingestellt hat.

Bei einer derartigen Druckkaskade verbleibt in den zu entleerenden Druckgasspeichern ein Restdruck, der dem Druck des sich während des jeweiligen Befüllvorganges

eingestellten Druckausgleichs entspricht. Insbesondere verbleibt in demjenigen Druckgasspeicher („dritter

Druckgasspeicher"), der den geringsten Restdruck aufweist, eine Restmenge von Gas bzw. ein Restdruck, der aufgrund seines geringen Druckes nicht mehr verwertet werden kann und daher ungenutzt zurück zur Füllstelle transportiert werden muss, was unwirtschaftlich ist.

Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, ein

Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu

verbessern, dass auch die Restmenge bzw. der Restdruck für die Befüllung verwendet werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vor, dass für die nachfolgende Befüllung eines weiteren Behälters eine im dritten Druckgasspeicher verbleibende Restmenge mit Hilfe einer Strahlpumpe abgesaugt und in den weiteren Behälter gedrückt wird, wobei die Strahlpumpe über eine Treibleitung aus dem ersten oder zweiten Druckgasspeicher mit einem Treibmedium beaufschlagt wird.

Eine Strahlpumpe ist eine Pumpe, bei der mithilfe eines Treibmediums ein Unterdrück erzeugt wird, durch welchen ein Saugmedium angesaugt wird. In der Pumpe wird das

Treibmedium mit dem Saugmedium vermischt und der so entstehende Gasstrom tritt anschließend aus der Strahlpumpe aus .

Die für das Absaugen der Restmenge erforderliche Energie wird durch den Treibstrahl der Strahlpumpe bereitgestellt, der aus einem der anderen Druckgasspeicher entnommen und über eine Treibleitung der Strahlpumpe zugeführt wird.

Hierbei ist zu beachten, dass der Gasdruck des Treibmediums am Eintritt in die Strahlpumpe die erforderliche

Druckdifferenz zum Druck im Behälter aufweist. Ebenso ist zu beachten, dass das abzusaugende Gas einen Druck

aufweist, der ausschließt, dass der Gasstrom in diesen Druckgasspeicher zurück gedrückt wird.

Im Zusammenhang mit der Druckkaskade ist für die Befüllung wenigstens eines ersten Behälters bevorzugt vorgesehen, dass die in wenigstens drei Abschnitten erfolgt, wobei in einem ersten Abschnitt die Befüllung durch Druckausgleich zwischen dem dritten Druckgasspeicher und dem wenigstens einen ersten Behälter, in einem zweiten Abschnitt die

Befüllung durch Druckausgleich zwischen dem zweiten

Druckgasspeicher und dem wenigstens einen ersten Behälter und in einem dritten Abschnitt die Befüllung durch

Druckausgleich zwischen dem ersten Druckgasspeicher und dem wenigstens einen ersten Behälter erfolgt.

Wenn der Restdruck im dritten Druckgasspeicher für die nachfolgende Befüllung eines weiteren Behälters nicht mehr ausreicht, wird im Rahmen der Druckkaskade bevorzugt so vorgegangen, dass die Befüllung des weiteren Behälters in wenigstens drei Abschnitten erfolgt, wobei in einem ersten Abschnitt die Befüllung durch Absaugen einer Restmenge aus dem dritten Druckgasspeicher mittels der Strahlpumpe, in einem zweiten Abschnitt die Befüllung durch Druckausgleich zwischen dem zweiten Druckgasspeicher und dem weiteren Behälter und in einem dritten Abschnitt die Befüllung durch Druckausgleich zwischen dem ersten Druckgasspeicher und dem weiteren Behälter erfolgt.

Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass der Gasdruck in den Druckgasspeichern, im Behälter, in der Treibleitung sowie in der Saugleitung ermittelt und einer Steuervorrichtung zugeführt wird, wobei die Steuervorrichtung in Abhängigkeit der ermittelten Druckwerte den ersten oder den zweiten Druckgasspeicher mit der Strahlpumpe verbindet. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Absaugung mithilfe der Strahlpumpe effizient durchgeführt werden kann.

Zu Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist gemäß einem zweiten Aspekt eine Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dahingehend weitergebildet, dass eine Strahlpumpe vorgesehen ist, die über eine

Treibleitung wahlweise mit dem ersten oder zweiten

Druckgasspeicher verbindbar ist, um der Strahlpumpe ein Treibmedium aus dem ersten bzw. zweiten Druckgasspeicher zuzuführen, wobei die Strahlpumpe über eine Saugleitung mit dem dritten Druckgasspeicher verbindbar ist, um mithilfe der Strahlpumpe eine im dritten Druckgasspeicher

verbleibende Restmenge abzusaugen und über eine

Austrittsleitung in den Behälter zu drücken.

Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass die Ventile derart ansteuerbar sind, dass während eines Befüllvorganges dem Behälter das Gas aus dem dritten Druckgasspeicher, danach Gas aus dem zweiten Druckgasspeicher und danach Gas aus dem ersten Druckgasspeicher zuführbar ist. Die Steuervorrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Umschaltung der Gaszufuhr von dem dritten

Druckgasspeicher zum zweiten Druckgasspeicher dann erfolgt, wenn der im Behälter gemessene Gasdruck annähernd den

Gasdruck im dritten Druckgasspeicher erreicht.

Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass die

Steuervorrichtung zum Ermitteln des Drucks in der

Treibleitung und in der Saugleitung ausgebildet ist, wobei die Steuervorrichtung ausgebildet ist, um die Treibleitung mit dem ersten oder dem zweiten Druckgasspeicher in

Abhängigkeit von den ermittelten Druckwerten in den

Druckgasspeichern, dem Behälter, der Treibleitung und der Saugleitung zu verbinden.

Erfindungsgemäß ist weiters ein Rahmen vorgesehen,

umfassend eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Hierbei ist die gesamte Vorrichtung in einem gemeinsamen Rahmen

angeordnet. Der Rahmen ist bevorzugt transportabel

ausgebildet und weist mehrere Befestigungspunkte auf, die besonders bevorzugt den Befestigungspunkten

standardisierter Frachtcontainer entsprechen. Dadurch wird auf einfache Art und Weise die Transportfähigkeit der

Vorrichtung sichergestellt.

Zum Transport werden die Befestigungspunkte eines

Containers, vorzugsweise 20ft, genutzt, so dass sich die Gegenstücke am Rahmen der Vorrichtung befinden müssen.

Am Aufstellungsort können bspw. die unteren Rahmenbauteile entfernt bzw. weggeklappt werden, so dass die zu füllenden Behälter, z.B. Flaschenbündel, ebenerdig ohne Absatz in den Rahmen einfahren und an die Vorrichtung angeschlossen werden können.

Die zu füllenden Behälter werden über Schlauchleitungen mit dem Rohrleitungssystem verbunden, mit welchem das Gas der Zapfsäule zugeführt wird. Die Schlauchleitungen die fest mit dem Rohrleitungssystem verbunden sind, enden bspw. mit einer Schnellschlusskupplung, die vor dem Lösen mittels eines Dreiwegehahns durch Gasdruckentspannung drucklos gemacht wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der

Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

In Fig. 1 ist ein erster Druckgasspeicher mit 1, ein zweiter Druckgasspeicher mit 2 und ein dritter

Druckgasspeicher mit 3 bezeichnet. Der zu füllende Behälter ist mit 4 bezeichnet. Von den einzelnen Druckgasspeichern 1,2,3 führt eine Füllleitung 5 zum Behälter 4. Der erste Druckgasspeicher 1 ist über ein Ventil VI, der zweite

Druckgasspeicher 2 ist über ein Ventil V3 und der dritte

Druckgasspeicher 3 ist über ein Ventil V5 an die

Füllleitung 5 angeschlossen. Die Füllleitung 5 weist ein Ventil V9 auf.

Die kaskadische Befüllung des Behälters 4 mit Druckgas aus den Druckgasspeichern 1, 2 und 3 wird nach dem Stand der Technik folgendermaßen vorgenommen. Anfangs haben die drei Druckgasspeicher 1, 2 und 3 dasselbe Druckniveau. Zuerst wird der dritte Druckgasspeicher 3 mit dem Behälter 4 durch Öffnen der Ventile V5 und V9 verbunden, wobei die anderen Ventile VI und V3 geschlossen sind. Es strömt solange Gas in den Behälter 4 über, bis der Druck im dritten Druckgasspeicher 3 und im Behälter 4 gleich hoch ist. Je nach dem, wie groß die geometrischen Volumina des dritten Druckgasspeichers 3 und des Behälters 4 sind und wie hoch der Anfangsdruck im dritten Druckgasspeicher 3 war, stellt sich ein bestimmter Ausgleichsdruck ein. Dieser

Ausgleichsdruck beträgt bei einem Ausgangsdruck von 250 bar beispielsweise 120 bar. Nach dieser ersten Teilbefüllung wird das Ventil V5 geschlossen und das dem zweiten

Druckgasspeicher 2 zugeordnete Ventil V3 geöffnet. Wiederum strömt solange Gas über, bis sich auf neuem, höherem Niveau ein Druckausgleich eingestellt hat. Dieses beträgt

beispielsweise 180 bar. Das Ventil V3 wird geschlossen, worauf das dem ersten Druckgasspeicher zugeordnete Ventil VI geöffnet wird. Der dritte Druckausgleich findet

beispielsweise bei ca. 200 bar statt, was dem angestrebten Soll-Fülldruck des Behälters 4 entspricht. Nach Abschluss des Füllvorganges verfügt der dritte Druckgasspeicher 3 über den geringsten Restdruck. Nach einem oder mehreren weiteren Füllvorgängen ist dieser Restdruck so weit

abgesenkt, dass dieser nicht mehr sinnvoll für das Befüllen eines weiteren Behälters genutzt werden kann. Der finale Restdruck des dritten Druckgasspeichers 3 liegt dann unter dem Druck des zweiten Druckgasspeichers 2 und dieser liegt wiederum unter dem Druck des ersten Druckgasspeichers 1.

Um die im dritten Druckgasspeicher 3 verbleibende Restmenge für die nachfolgende Befüllung eines weiteren Behälters dennoch nutzen zu können, ist nun erfindungsgemäß eine Strahlpumpe 8 vorgesehen, die über eine Treibstrahlleitung 6 mit der Füllleitung 5, über eine Saugleitung 7 mit den Druckgasspeichern 1,2,3 sowie über eine Austrittsleitung 9 mit dem Behälter 4 verbunden ist. Die Strahlpumpe 8 wird eingesetzt, um eine Restmenge des Gases aus dem dritten Druckgasspeicher 3 abzusaugen und in den Behälter 4 zu drücken. Die Strahlpumpe 8 wird hierbei durch das im ersten Druckgasspeicher 1 oder im zweiten Druckspeicher 2 befindliche Gas angetrieben. Zu diesem Zweck wird durch ein Öffnen des Ventils VI oder V3 bei gleichzeitig geschlossenem Ventil V9 Gas aus dem

Druckgasspeicher 1 bzw. 2 als Treibmedium über die

Treibleitung 6 der Strahlpumpe 8 zugeführt. Durch den in der Strahlpumpe 8 entstehenden Unterdrück wird bei offenem Ventil V6 über die Saugleitung 7 Gas aus dem

Druckgasspeicher 3 abgesaugt und über die Austrittsleitung

9 dem Behälter 4 zugeführt. Welcher Druckgasspeicher 1,2 zur Bereitstellung des Treibmediums genutzt wird, ist abhängig vom Druckverhältnis zwischen Treibstrahl,

Saugstrahl und Gegendruck im Behälter 4. Das

Druckverhältnis wird durch eine Steuervorrichtung

ermittelt, die in Abhängigkeit der Druckverhältnisse entweder das Ventil VI oder V3 öffnet.

Weiters sind mehrere Rückschlagventile V10 angeordnet, um ein unerwünschtes Rückfließen des Gases zu verhindern. Mit

10 sind Drucksensoren bezeichnet, die mit der nicht dargestellten Steuervorrichtung verbunden sind.

Es ist ersichtlich, dass die erfindungsgemäße

Verfahrensweise keine externe Energiezufuhr benötigt und dass kein Gas in die Atmosphäre entspannt werden muss. Der Betrieb erfordert lediglich, dass jeweils das Restgas in einem Druckgasspeicher über die Treibleitung und die

Strahlpumpe in den Behälter entspannt wird und dabei der entstehende Unterdrück genutzt wird, um das Restgas aus einem weiteren Druckgasspeicher abzusaugen.