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WO2000017568A1 - Dispensing device and method for filling a gas tank with a working gas, notably natural gas - Google Patents

Dispensing device and method for filling a gas tank with a working gas, notably natural gas Download PDF

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Publication number
WO2000017568A1
WO2000017568A1 PCT/EP1999/007106 EP9907106W WO0017568A1 WO 2000017568 A1 WO2000017568 A1 WO 2000017568A1 EP 9907106 W EP9907106 W EP 9907106W WO 0017568 A1 WO0017568 A1 WO 0017568A1
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WO
WIPO (PCT)
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gas
dynamic
volume
storage
pressure
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP1999/007106
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German (de)
French (fr)
Inventor
Hermann-Josef Winter
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Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to DE19981883T priority patent/DE19981883D2/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C5/00Methods or apparatus for filling containers with liquefied, solidified, or compressed gases under pressures
    • F17C5/06Methods or apparatus for filling containers with liquefied, solidified, or compressed gases under pressures for filling with compressed gases
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • F17C13/02Special adaptations of indicating, measuring, or monitoring equipment
    • F17C13/025Special adaptations of indicating, measuring, or monitoring equipment having the pressure as the parameter
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/04Methods for emptying or filling
    • F17C2227/043Methods for emptying or filling by pressure cascade

Definitions

  • the present invention relates to a dispensing system for filling a gas tank with a working gas, in particular with natural gas, according to the preamble of claim 1, and a method for filling a gas tank with a working gas, in particular with natural gas, according to claim 9.
  • Natural gas as a fuel is available almost all over the natural gas distribution network.
  • Other gases such as hydrogen or processed biogas can also be used as fuel.
  • Special gas filling stations are required to refuel vehicles. Since the specific calorific value of gases, such as natural gas, is comparatively low, the gas from gas filling stations has to be compressed and transferred in non-liquefied form to gas tanks or pressure vessels of motor vehicles. To ensure a maximum vehicle range, the vehicle gas tank should be filled to the maximum permissible operating pressure. Usually, maximum operating pressures of approximately 200 bar are currently assumed for motor vehicles.
  • Fig. 6a shows schematically the so-called slow fill method, in which the natural gas is taken from the natural gas network 1 with a pressure of typically 0.2 to 50 bar or a gas container, compressed in a compressor 2 to the filling or operating pressure in the gas tank 7 and is transferred into the gas tank 7 via a gas pump 6.
  • the slow fill method is usually used for the slow refueling of vehicles over a period of several hours, for example overnight. Costly high-performance compressors would be required to shorten the refueling time, but would remain unused between refueling processes.
  • gas storage is used in the fast-fill method shown in FIGS. 6b and 6c, in which the compressed gas supplied by the compressor is temporarily stored between the individual refueling processes becomes.
  • the size of the gas storage depends on the number and the chronological sequence of the vehicles to be refueled.
  • the gas is transferred from the gas storage 18 to the gas tank due to a pressure difference between the gas storage 18 and the gas tank 7.
  • the gas storage 18 In order to increase the degree of utilization of the gas storage and to lower it - e.g. for economic reasons - to a lower maximum pressure, e.g. of 250 bar, it was proposed to design the gas storage 18 as a so-called three-bank system, in which the gas storage device 3 comprises individual gas storage devices with which the gas tank 7 is filled in sequence.
  • the gas tank For refueling, the gas tank is first connected to the first gas reservoir until a pressure of, for example, 130 bar is reached in the gas tank. Then switch to the second gas storage unit until a pressure of 170 bar is reached in the gas tank. The system then switches to the third gas storage unit until the desired final pressure of, for example, 200 bar has been reached in the gas tank.
  • the construction and control of this 3-bank system is comparatively complex. With such a 3-bank system, the degree of utilization of the gas storage can be increased to 35-40% in practice.
  • the degree of utilization of the gas store 18 can be increased to approximately 50% to a maximum of 60% in this system.
  • the gas pressure in the gas storage plays a decisive and limiting role; in terms of tank time, reaching the maximum filling pressure in the gas tank and in relation to the degree of utilization of the gas storage.
  • the object of the present invention is to develop a generic device or such a method.
  • the device and the method should enable shorter and calculable tank times, comparable to refueling with liquid fuels, as well as being able to ensure the filling pressure required in the gas tank.
  • the present invention is based on the idea of using a so-called dynamic gas store for the intermediate storage of gas as the gas store.
  • the gas volume or the volume of a dynamic gas storage that can be used for storing gas can be varied and is changed during the refueling of the gas tank according to the invention so that the pressure of the gas in the gas volume of the dynamic gas storage is kept essentially constant.
  • This measure ensures that essentially a constant amount of compressed gas can be transferred into the gas tank per unit of time.
  • This measure also ensures that, owing to the essentially constant pressure in the gas volume, essentially 100% of the gas volume can be used, irrespective of the size of the gas volume and the amount of gas discharged into the gas tank.
  • the refueling process is comparable to refueling with a liquid fuel with a constant pumping power.
  • the dispensing system which optionally includes a gas source for the working gas, a gas storage for the working gas and a delivery device for delivering the working gas to the gas tank, has a device that detects a change in the working gas during the delivery of the dynamic gas storage Volume of gas in the dynamic gas storage essentially keeps the pressure in the dynamic gas storage constant.
  • the gas in the gas volume of the gas storage device is kept essentially at the operating pressure to be achieved in the gas tank during the delivery of the working gas or fuel gas. If, for example, a change in temperature when transferring the gas to the gas tank is to be compensated for, the pressure in the gas storage device can also be suitably higher.
  • a compressor or a compressor unit can also be arranged downstream of the dynamic gas storage in order to suitably compress the gas to the operating pressure in the gas tank. Because of the constant upstream pressure, the throughput of the compressor will be essentially constant according to the invention.
  • the dynamic gas storage device preferably comprises a pressure fluid volume for receiving a pressure fluid in order to apply a predetermined pressure to the gas in the gas volume, which pressure is selected appropriately. Furthermore, a device is provided in order to supply a suitable amount of pressure fluid to the pressure fluid volume, in particular when the working gas is emitted from the gas volume, or to take it up again, particularly when filling the gas volume with working gas. By suitably changing the pressure fluid volume, gas can be transferred into a gas tank at a constant pressure in a simple manner.
  • the dynamic accumulator is preferably a hydraulic accumulator.
  • a hydraulic accumulator consists of a container which is subdivided into two chambers by a bladder, a membrane, a freely movable, uncontrolled piston or the like, one chamber having an incompressible pressure fluid and the other is filled with gas. Hydraulic accumulators are used in the prior art for energy storage and energy transmission in hydraulic systems, the hydraulic energy being stored by compressing the gas enclosed in the gas chamber. According to the invention, however, a known hydraulic accumulator is used in reverse; by changing the pressure fluid volume, the gas pressure is kept essentially constant by correspondingly changing the gas volume of the gas reservoir.
  • the sum of the gas volume and the pressure fluid volume of the dynamic gas storage device is preferably constant or essentially constant.
  • the amount of the hydraulic fluid supplied or discharged corresponds essentially to the amount of gas at the predetermined pressure, which is removed from the gas volume or supplied for refilling the gas storage device.
  • a variation in the amount of gas supplied to the gas tank per unit of time can thus be achieved in a simple manner via the performance of the device, for example a hydraulic pump. It is advantageous that a relatively short refueling time is achieved in a simple and inexpensive manner by suitable design of the device.
  • the refueling time is independent of the filling level of the gas storage. Rather, it depends on the power with which the device can supply hydraulic fluid to the hydraulic fluid volume.
  • a gas network connection can be considered as a gas source for supplying the system, provided the gas network provides suitably pre-compressed gas, for example at 50 bar.
  • Mobile and / or interchangeable gas pressure containers, which are connected to the dispensing system, are also suitable as gas sources, particularly for remote gas filling stations without their own gas network connection.
  • the gas network is preferably suitably pre-compressed, the gas pressure after the compression being able to be well above the filling pressure of the gas tank, for example in order to reduce the total volume of the dynamic gas storage.
  • the device is preferably a hydraulic pump with conventional control in order to add a suitable amount of hydraulic fluid to the hydraulic fluid volume, e.g. B. hydraulic oil, supply or discharge from this.
  • a suitable amount of hydraulic fluid e.g. B. hydraulic oil, supply or discharge from this.
  • the dispensing system comprises one or more dynamic gas stores, which are either filled with gas directly from a gas source, as mentioned above, or which are connected downstream of a compressor for compressing the gas removed from the gas source.
  • the compressor can be operated continuously or intermittently.
  • a connection to a hydraulic fluid or hydraulic reservoir is preferably released, so that the gas volume of the dynamic gas reservoir can increase while displacing hydraulic fluid.
  • the dispensing device or the dispenser releases a connection between the gas volume and the gas tank.
  • the connection between the hydraulic fluid reservoir and the hydraulic fluid volume is preferably blocked and a hydraulic pump for conveying hydraulic fluid or hydraulic fluid into the hydraulic fluid volume is switched on. The hydraulic pump is controlled so that the gas pressure in the gas volume remains essentially constant. Additional hydraulic fluid thus leads to a corresponding increase in the hydraulic fluid volume and a decrease in the gas volume of the dynamic gas storage
  • the pressure in the gas volume preferably corresponds to the filling pressure of the gas tank.
  • the dynamic gas storage can also be designed for a lower gas pressure than is required for the operating pressure of the gas tank.
  • the dynamic gas storage is followed by a compressor, which compresses the gas to the filling pressure.
  • This compressor is used according to the invention a constant admission pressure is applied so that the throughput of gas is essentially constant.
  • a constant gas flow rate per unit of time is guaranteed.
  • the gas volume of a dispensing system is designed according to the number of vehicles to be refueled in a certain time interval (e.g. peak load / peak hour), the size of their respective gas tanks and the performance of the compressor.
  • a certain time interval e.g. peak load / peak hour
  • several dynamic gas storage devices can be connected in parallel to form a cascade or a bundle, which is considered as a unit by the control of the system, that is to say is simultaneously filled with gas or is used to refuel vehicles.
  • cascades or bundles can be connected in series in order to refuel via a cascade or a bundle and at the same time fill another cascade or another bundle with compressed gas.
  • the dispensing system comprises both dynamic and passive gas stores, that is to say gas stores with an essentially constant gas volume, as are used in single-bank or multi-bank systems.
  • the passive gas storage is connected upstream of the dynamic gas storage.
  • the passive gas storage device can be a one-bank system or a multi-bank system.
  • the gas from the gas source is continuously or intermittently first transferred to the passive gas storage device and temporarily stored there. At the beginning of a cycle, the gas is then transferred from the passive to the dynamic gas storage.
  • the passive and dynamic gas storage devices are preferably connected to one another via a shut-off valve.
  • the shut-off valve is preferably closed during the delivery of gas from the dynamic gas store into the gas tank, so that the gas is temporarily stored in the passive gas store for the next tank cycle.
  • gas is transferred from the passive gas storage via the then opened shut-off valve into the gas volume of the dynamic gas storage in order to replenish the gas volume of the dynamic gas storage.
  • the shut-off valve is closed again and the gas in the gas volume of the dynamic gas storage is compressed, if necessary, to the operating pressure of the gas tank or, if appropriate, to a pre-pressure which is matched to a downstream compressor.
  • control of the dispensing system can alternatively or alternatively also be carried out in such a way that the upstream gas storage is always filled when this allows the utilization of the dispensing system or the capacity of the compressor, for example even when no gas is being transferred from the dynamic gas storage to the gas tank becomes.
  • the individual dynamic gas stores of the dispensing system can be bundled into cascades and these can be connected in series in order to enable parallel refueling and refilling from the passive gas store.
  • the degree of utilization of the gas storage of the dispensing system depends on the ratio of the geometric volume of passive and dynamic storage and varies between 40% and 100%.
  • the total number of installed gas stores is divided into two groups, one group being operated as a dynamic gas store and the other group as a passive gas store in normal operation. If a compressor fails, be it an upstream compressor, e.g. to compress the gas from the gas network and pump over into the gas storage, or be it a downstream compressor between the gas storage and gas tank, the other group is also operated as a dynamic gas storage.
  • the operation of the gas storage is as normal in normal operation described in the previous embodiment. If the compressor between the gas line and gas storage fails, the previously passive gas storage group takes over its function. For this purpose, a connecting line between the gas line and this gas storage is activated. The gas then flowing into the gas volume of this gas storage group is compressed to the pressure by the hydraulic device, as required in the downstream dynamic gas storage group, and then over-pumped into it. Whether the performance of the failed compressor can be fully or partially compensated for by the compressor performance of the upstream gas storage group depends on a number of factors, e.g. the percentage of the failed compressor in the total compressor performance, the admission pressure in the gas network, and the Size of the gas volume of the upstream gas storage group and the performance of the hydraulic system.
  • factors e.g. the percentage of the failed compressor in the total compressor performance, the admission pressure in the gas network, and the Size of the gas volume of the upstream gas storage group and the performance of the hydraulic system.
  • the gas storage group which is passive in normal operation, should be able to replace a downstream compressor in the event of a failure, it is arranged behind this compressor for this purpose.
  • this gas storage group In normal operation, this gas storage group is refilled between two tank processes by the downstream compressor to the filling pressure of the gas tank. During the subsequent refueling process, gas flows from this passive gas storage group into the gas tank until the pressure difference between this gas storage and the gas tank becomes too small. The gas tank is completely filled with gas from the dynamic gas storage via the compressor. If the downstream compressor fails, the previous passive gas storage unit is operated as a dynamic gas storage unit and is therefore coupled to the dynamic gas storage unit group, for example as a further cascade (s) or bundle.
  • This dynamic storage which has been enlarged in this way, then works in two cycles: after filling by the upstream compressor, the gas in the gas volume is first compressed again from the gas pressure generated by the upstream compressor to the filling pressure of the gas tank which is now required. The vehicles can then be refueled in the second cycle.
  • the pressure increase to the full filling pressure of the gas tank required in the first cycle only applies if the subsequent switched compressor consists of only one unit.
  • the pressure in the gas volume should only be increased to such an extent in the first cycle that the upstream pressure is sufficient so that the remaining compressors can ensure the required cycle time.
  • Another advantage of this arrangement of a gas storage group behind a downstream compressor is that the compressor capacity to be installed can be designed to be lower due to the time span of the compressor work to be performed.
  • modules can be combined as desired with other or the same modules or with individual elements, such as passive or dynamic gas stores, compressors, etc.
  • all of the above-mentioned embodiments can be combined with a downstream compressor or with one or more downstream gas stores, in particular dynamic gas stores.
  • control of the gas storage is carried out in a suitable manner, for example by means of an electronic, programmable control which has the necessary access to the elements of the system.
  • This control also ensures communication with the control of the dispenser and that of the upstream compressor.
  • the downstream compressor is preferably controlled via the control of the dispenser or a central control unit.
  • a dynamic gas accumulator can be combined with a conventional hydraulic accumulator, as is known from the prior art, in all embodiments.
  • the hydraulic fluid released by the hydraulic fluid volume of the dynamic gas accumulator when the gas volume is refilled is directed into the hydraulic fluid volume of the hydraulic accumulator with simultaneous compression of a gas volume of the hydraulic accumulator.
  • the compressed gas in the hydraulic accumulator is used as an energy source to convey hydraulic fluid from the hydraulic fluid volume of the hydraulic accumulator into the hydraulic fluid volume of the dynamic accumulator when the gas tank is being refueled, so that the gas volume of the dynamic gas accumulator is reduced.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the invention without (FIG. 1A) and with (FIG.
  • FIG. 2A shows a further embodiment with a passive and a dynamic
  • FIG. 2B shows a further embodiment with a passive and a dynamic
  • 3A illustrates another embodiment of the invention in a normal mode of operation with dynamic and passive gas storage
  • 3B shows the embodiment according to FIG. 3A in a further operating mode, the passive gas reservoir being changed to a dynamic one;
  • Fig. 4 shows the parallel connection of several dynamic gas stores to one
  • FIG. 5 shows the series connection of several such cascades according to FIG.
  • Fig. 7 shows the combination of a dynamic gas storage and a hydraulic
  • Gas storage device for storing the energy of the pressure fluid.
  • Figure 1A shows a first embodiment of the invention.
  • the gas is taken from the gas source 1, for example a gas line or a mobile gas container, compressed by the compressor 2 and transferred into the gas volume 3g of the dynamic gas storage 3.
  • the dynamic gas storage also comprises a pressure fluid volume 3o which is separated from the gas volume 3g by a piston, a membrane or the like. By moving the piston or deforming the membrane, the gas volume 3g and the pressure fluid volume 3ö can be changed continuously. The sum of the two volumes is constant.
  • hydraulic fluid flows in a first cycle via the shut-off valve 9 in a pressure fluid reservoir 4.
  • the gas volume 3g thus reaches its maximum size.
  • the shut-off valve 9 is then closed and the gas volume 3g is filled with gas via the compressor 2 until the maximum operating pressure in the dynamic gas reservoir 3 is reached.
  • the valve 5 or a valve of the dispensing device or dispenser 6 is opened and the connection between the gas volume 3g and the gas tank 7 is released. Then compressed gas flows into the gas tank 7 via the delivery device 6. Via the hydraulic pump 4, hydraulic fluid or hydraulic oil is simultaneously pumped into the hydraulic fluid volume 3ö of the dynamic gas accumulator 3. The output of the hydraulic pump 4 is controlled so that the pressure in the gas volume 3g remains essentially constant. Thus, the volume of hydraulic fluid that is supplied to the hydraulic fluid volume 3ö corresponds to the volume of the gas delivered to the gas tank at the predetermined pressure.
  • the gas volume 3g can be emptied to a minimum value in order to fill the gas tank 7 of a vehicle. After reaching the minimum value, the control unit interrupts the connection to the gas tank 7. The valve 9 is opened again, so that the hydraulic fluid due to a residual compressed gas in the gas volume 3g or due to the gas flowing in from the compressor 2 from the pressure fluid volume 3ö Gas storage is pressed out. After reaching the maximum gas volume, the dynamic gas storage 3 is available for a new refueling process. If the compressor 2 does not compress the gas to the operating pressure to be achieved in the gas tank 7, the gas in the gas volume 3g is compressed to the operating pressure by increasing the pressure fluid volume 3o before the refueling process.
  • FIG. 1B shows a further embodiment, in which a further compressor 11 is connected downstream of the dynamic gas storage 3 in order to convert the gas from the gas volume 3g to the compress the operating pressure to be achieved in the gas tank. Because the gas admission pressure of the compressor 11 is kept constant due to the hydraulic pump 4, the amount of gas delivered by the compressor 11 per unit time is essentially constant. The pressure in the dynamic gas storage is correspondingly lower than the operating pressure in the gas tank.
  • Fig. 2A shows a further embodiment of the invention which comprises a passive gas storage 17, i.e. a gas storage with constant gas volume, and comprises a dynamic gas storage 3.
  • the passive gas storage is a 1-bank gas storage or multi-bank gas storage.
  • the discharge of compressed gas from the gas volume 3g of the dynamic gas storage 3 takes place in the manner as in the embodiments according to FIG. 1.
  • the interaction between the passive gas store 17 and the dynamic gas store 3 takes place as follows: as long as the gas pressure in the gas store 17 is greater than or equal to the gas pressure required for filling the gas tank 7 in the gas volume 3g of the gas store 3, the valve becomes the valve for filling the gas volume 3g 12 open. When the volume 3g has reached the desired value with regard to the gas quantity and / or pressure, the valve 12 is closed. The gas tank 7 can then be refueled by vehicles from the gas volume 3g in the manner described above. The operating pressure is regulated via the power of the hydraulic pump 4.
  • the gas pressure in the passive gas storage 17 is lower than the pressure required to fill the gas tank 7 in the gas volume 3g, then after closing the valve 12, the gas pressure in the gas volume 3g has to be raised to the required pressure, ie to the filling pressure of the gas tank. This is done by pumping hydraulic fluid or hydraulic oil into the hydraulic fluid volume 3ö via the hydraulic pump 4 and thus increasing this volume until the gas pressure has been raised to the required pressure by the corresponding reduction in the gas volume. In the configuration according to FIG. 2A, this is the filling pressure of the gas tank 7. If, on the other hand, a further compressor is connected downstream of the dynamic gas storage unit 3, the required pressure can be selected to be lower, corresponding to a suitable pre-pressure of the compressor. Subsequently, the vehicle can be refueled.
  • FIG. 2B shows a further embodiment of the invention, in which a further gas store is connected upstream of the dynamic gas store 3.
  • the mode of operation of the gas store 13 corresponds to the mode of operation of the passive gas store 17 in FIG. 2A.
  • the function of the gas storage device 3 corresponds to the description of FIG. 1A.
  • the gas store 13 is operated as a dynamic gas store in order to take over the function of the failed compressor 2 in whole or in part. For this purpose, it is checked in a first cycle whether the amount of gas contained in the gas volume 13g has the pressure that the compressor 2 normally delivers and that is expected from the gas storage device 3. If this is not the case, the hydraulic system is increased by pumping hydraulic fluid into the hydraulic fluid volume 13o and the required gas pressure is built up by correspondingly reducing the gas volume 13g. Once this has been done, the compressor cycle can begin.
  • valve 12 Upon request by the gas reservoir 3, the valve 12 is opened and gas is pumped over from the gas volume 13g into the gas volume 3g with the aid of the hydraulic system 4. Then valve 12 is closed and the hydraulic fluid is emptied into the hydraulic fluid reservoir via the valve of the hydraulic system. When the gas volume has reached its maximum in this way, the valve of the hydraulic system 4 is closed and the valve 10 is opened. As a result, gas flows from the gas source into the gas volume 13g. As soon as the pressure equalization is reached here, the valve 10 is closed and via the Hydraulic system 4 compresses the gas in the gas volume 13 g to the required pressure. The next compressor cycle can then begin.
  • FIG. 3 shows two modes of operation of a further embodiment of the invention.
  • dashed lines indicate elements or connections which are not active in the respective operating mode.
  • the first gas storage 3 works as a dynamic gas storage, with a pressure of 160 bar, for example, and the second gas storage 13 as a passive gas storage, i.e. as gas storage with constant gas volume 13g.
  • the gas volume 3g is filled in the manner described above until the maximum volume and a gas pressure of, for example, 160 bar is reached.
  • the gas volume 13 g is filled in accordance with the pressure carried by the compressor 16, for example to 200 bar.
  • the gas volume 13g works as a 1-bank system and releases gas into the gas tank 7 via a connecting line which is then open due to the pressure drop between the two gas volumes.
  • the gas tank 7 is filled to the maximum filling pressure in the manner described above by changing the volume of the gas volume 3 g at constant pressure and then recompressing with the aid of the compressor 16.
  • the compressor 16 can be bridged via the connecting line 15, as shown in FIG. 3B.
  • the dispensing system changes to the failure mode of operation shown in FIG. 3B, in which the pressure fluid volume 13o is connected to the hydraulic reservoir via the hydraulic pump 4 and the direct connection, shown in broken lines, between the gas volume 13g and the gas tank 7 is interrupted.
  • the gas storage device 13 is thus coupled to the gas storage device 3 as a further cascade (s).
  • the processes for this one dynamic gas storage are as follows:
  • the compressor 2 fills the gas volume of the gas storage device from the gas source 1.
  • the hydraulic system 4 compresses the gas in the gas volume to the filling pressure of the gas tank 7.
  • the gas tank 7 of vehicles can then be refueled via the gas pump 6.
  • FIG. 4 shows the possibility, instead of only a dynamic gas store - as previously shown as preferred in all embodiments - also suitably interconnecting several gas stores and optionally emptying them for filling the gas tank of vehicles.
  • the one dynamic gas store 3 is replaced by the parallel connection of several dynamic gas stores 3a, 3b,... 3n shown in FIG.
  • This bundle of dynamic gas accumulators thus formed is controlled as a unit: the compressor 2 fills it as a unit with compressed gas, and for refueling vehicles it is emptied as a unit via the hydraulic system 4 via the fuel dispenser 6.
  • the dispensing system can also comprise a plurality of gas storage cascades 3, 13, 23, ... connected in series, each consisting of a plurality of dynamic gas storage units 3a, 3b, ... 3n etc. connected in parallel.
  • the gas storage cascades shown in FIGS. 4 and 5 can also be mobile units, for example for delivering compressed, processed biogas or hydrogen, which are delivered by a vehicle, for example a low loader, and connected to the dispensing system.
  • one or more dynamic gas accumulators can be combined with a conventional hydraulic accumulator for storing hydraulic fluid or hydraulic oil in all of the previously described embodiments, as shown in FIG. 7.
  • the pressure in both the dynamic gas accumulator 3 and in the hydraulic accumulator 20 is identical to 230 bar, both in the gas volumes 3g and 20g as well as in the pressure fluid volumes 3ö and 20ö.
  • hydraulic fluid pumps 4 hydraulic fluid from 20o to 3o As intended, the pressure in the dynamic gas reservoir remains constant or essentially constant 230 bar, while it decreases in the hydraulic reservoir 20 parallel to the delivery of gas from the gas volume 3 g.
  • the power required by the hydraulic pump 4 for pumping over hydraulic oil from 20o to 3o at the start of gas delivery from 3g is very low and only reaches its maximum value when the gas volume 3g has reached its minimum. If the pressure in the hydraulic accumulator 20 is reduced to near atmospheric pressure at this point in time, the required pump output has only then reached the value that would be required for the entire removal of gas from the gas volume 3 g if the hydraulic oil was removed from an unpressurized hydraulic oil reservoir . When switching over to refilling the gas volume 3g by the compressor 2, the return valve of the hydraulic system is opened.
  • the hydraulic oil stored in 3ö under a pressure of 230 bar and the refilling of the gas volume 3g also bring up the hydraulic accumulator again a pressure of 230 bar, so that the next tank cycle can begin after the return valve is closed.
  • the gas stored in the gas volume 20g of the hydraulic accumulator can be any technical gas, for example nitrogen.
  • the gas tank is preferably filled to a pressure of approximately 200 bar, with a gas tank capacity of, for example, 80 liters for cars and a few 100 liters for buses or trucks.

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a dispensing device for filling a gas tank with a working gas, notably natural gas, comprising a source (1, 2) of working gas, for example in the form of a gas supply network or one or more mobile, exchangeable gas tanks; a storage tank (3) for the working gas; a distribution device (6) for transferring the working gas into a gas tank (7); and a device (4) which during distribution of the working gas from the dynamic gas storage tank (3) keeps the pressure in the dynamic gas storage tank (3) substantially constant by modifying the gas volume (3g) in said storage tank (3).

Description

Beschreibungdescription

Zapfanlage und Verfahren zum Befullen eines Gastanks mit einem Arbeitsgas, insbesondere ErdgasDispensing system and method for filling a gas tank with a working gas, in particular natural gas

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zapfanlage zum Befullen eines Gastanks mit einem Arbeitsgas, insbesondere mit Erdgas, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie ein Verfahren zum Befullen eines Gastanks mit einem Arbeitsgas, insbesondere mit Erdgas, gemäß Patentanspruch 9.The present invention relates to a dispensing system for filling a gas tank with a working gas, in particular with natural gas, according to the preamble of claim 1, and a method for filling a gas tank with a working gas, in particular with natural gas, according to claim 9.

Fahrzeuge, die mit Erdgas als Kraftstoff betrieben werden, zeichnen sich durch vergleichsweise geringe Schadstoffemissionen aus, was sich insbesondere bei Bussen im innerstädtischen Verkehr als besonders vorteilhaft erweist. Über das Erdgasverteilernetz ist Erdgas als Kraftstoff nahezu flächendeckend verfügbar. Als Kraftstoff kommen aber auch andere Gase, wie beispielsweise Wasserstoff oder aufbereitetes Biogas in Frage.Vehicles that run on natural gas as fuel are characterized by comparatively low pollutant emissions, which is particularly advantageous for buses in inner-city traffic. Natural gas as a fuel is available almost all over the natural gas distribution network. Other gases such as hydrogen or processed biogas can also be used as fuel.

Zum Betanken von Fahrzeugen sind spezielle Gastankstellen erforderlich. Da der spezifische Brennwert von Gasen, wie beispielsweise Erdgas, vergleichsweise gering ist, muß das Gas von Gastankstellen verdichtet und in nichtverflüssigter Form in Gastanks bzw. Druckbehälter von Kraftfahrzeugen überführt werden. Um eine maximale Fahrzeugreichweite zu gewährleisten, sollte der Fahrzeuggastank bis auf den maximal zulässigen Betriebsdruck gefüllt werden. Üblicherweise geht man derzeit von maximalen Betriebsdrücken von etwa 200 bar bei Kraftfahrzeugen aus.Special gas filling stations are required to refuel vehicles. Since the specific calorific value of gases, such as natural gas, is comparatively low, the gas from gas filling stations has to be compressed and transferred in non-liquefied form to gas tanks or pressure vessels of motor vehicles. To ensure a maximum vehicle range, the vehicle gas tank should be filled to the maximum permissible operating pressure. Usually, maximum operating pressures of approximately 200 bar are currently assumed for motor vehicles.

In Fig. 6 sind drei unterschiedliche Konzepte zum Betanken von Fahrzeugen mit verdichtetem Gas dargestellt, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind. Fig. 6a zeigt schematisch das sog. Slow-Fill- Verfahren, bei dem das Erdgas dem Erdgasnetz 1 mit einem Druck von typischerweise 0,2 bis 50 bar oder einem Gasbehälter entnommen, in einem Verdichter 2 auf den Befüll- bzw. Betriebsdruck im Gastank 7 verdichtet und über eine Zapfsäule 6 in den Gastank 7 überführt wird. Das Slow-Fill- Verfahren wird üblicherweise zum langsamen Betanken von Fahrzeugen über einen Zeitraum von mehreren Stunden, beispielsweise über Nacht, eingesetzt. Zum Verkürzen der Tankzeit wären kostspielige Hochleistungsverdichter erforderlich, die jedoch zwischen einzelnen Betankungsvorgängen ungenützt blieben.6 shows three different concepts for refueling vehicles with compressed gas, as are known from the prior art. Fig. 6a shows schematically the so-called slow fill method, in which the natural gas is taken from the natural gas network 1 with a pressure of typically 0.2 to 50 bar or a gas container, compressed in a compressor 2 to the filling or operating pressure in the gas tank 7 and is transferred into the gas tank 7 via a gas pump 6. The slow fill method is usually used for the slow refueling of vehicles over a period of several hours, for example overnight. Costly high-performance compressors would be required to shorten the refueling time, but would remain unused between refueling processes.

Um Gastankstellen in der Art von Benzintankstellen - also mit entsprechend kurzen Tankzeiten - realisieren zu können, werden bei dem in den Fig. 6b und 6c dargestellten Fast-Fill-Verfahren Gasspeicher verwendet, in denen zwischen den einzelnen Betankungsvorgängen das vom Verdichter gelieferte verdichtete Gas zwischengespeichert wird. Die Größe des Gasspeichers richtet sich nach der Anzahl und der zeitlichen Aufeinanderfolge der zu betankenden Fahrzeuge. Bei dem Verfahren gemäß Fig. 6b wird das Gas aus dem Gasspeicher 18 aufgrund einer Druckdifferenz zwischen dem Gasspeicher 18 und dem Gastank 7 in den Gastank überführt. Die mit derartigen Tankvorgängen nach dem Überströmprinzip verbundene Entnahme von Gas aus dem Gasspeicher führt zu einer Verringerung des Gasdrucks im Gasspeicher mit der Folge, daß zum einen die Tankzeiten länger werden und daß zum anderen der Gasstrom zwischen Gasspeicher und Gastank dann zum Erliegen kommt, wenn bei einem Tankvorgang der Druck im Gastank soweit ansteigt, daß der Druck im Gasspeicher erreicht ist.In order to be able to implement gas filling stations of the type of petrol filling stations - i.e. with correspondingly short filling times - gas storage is used in the fast-fill method shown in FIGS. 6b and 6c, in which the compressed gas supplied by the compressor is temporarily stored between the individual refueling processes becomes. The size of the gas storage depends on the number and the chronological sequence of the vehicles to be refueled. In the method according to FIG. 6b, the gas is transferred from the gas storage 18 to the gas tank due to a pressure difference between the gas storage 18 and the gas tank 7. The removal of gas from the gas storage associated with such tank operations according to the overflow principle leads to a reduction in the gas pressure in the gas storage, with the result that, on the one hand, the tanking times become longer and, on the other hand, the gas flow between the gas storage and gas tank comes to a standstill when at a filling process the pressure in the gas tank rises so far that the pressure in the gas storage is reached.

Sowohl eine derartige unzumutbare Verlängerung der Tankzeit als auch das Unterschreiten des Maximaldrucks im Gastank beschränken den Nutzungsgrad des Gasspeichers, also das Verhältnis von möglicher Gasentnahme und maximaler Gasspeiche- rung. Erschwerend kommt hinzu, daß beim schnellen Betanken von Bussen diese mit 10%-15% über dem zulässigen Betriebsdruck des Gastanks, also mit 220-230 bar, betankt werden, um den hierbei entstehenden Temperaturanstieg und damit die Gasausdehnung im Gastank zu kompensieren.Both such an unreasonable increase in the tanking time and falling below the maximum pressure in the gas tank limit the degree of utilization of the gas storage device, that is to say the ratio of possible gas extraction and maximum gas storage. To make matters worse, when buses are refueled quickly, they are refueled with 10% -15% above the permissible operating pressure of the gas tank, i.e. with 220-230 bar, in order to compensate for the temperature rise that arises and thus the gas expansion in the gas tank.

Um den Nutzungsgrad des Gasspeichers zu vergrößern und um ihn - beispielsweise aus wirtschaftlichen Gründen - auf einen geringeren Maximaldruck, z.B. von 250 bar auszulegen, wurde vorgeschlagen, den Gasspeicher 18 als sog. Drei-Bank-System auszulegen, bei dem der Gasspeicher 3 einzelne Gasspeicher umfaßt, mit denen der Gastank 7 der Reihe nach betankt wird. Zum Betanken wird der Gastank zunächst mit dem ersten Gasspeicher verbunden, bis im Gastank ein Druck von beispielsweise 130 bar erreicht ist. Anschließend wird auf den zweiten Gasspeicher umgeschaltet, bis im Gastank ein Druck von 170 bar erreicht ist. Anschließend wird auf den dritten Gasspeicher umgeschaltet, bis sich der gewünschte Enddruck von beispielsweise 200 bar im Gastank eingestellt hat. Aufbau und Regelung dieses 3-Bank-Systems ist vergleichsweise aufwendig. Bei einem derartigen 3-Bank-System läßt sich in der Praxis der Nutzungsgrad des Gasspeichers auf 35-40% steigern.In order to increase the degree of utilization of the gas storage and to lower it - e.g. for economic reasons - to a lower maximum pressure, e.g. of 250 bar, it was proposed to design the gas storage 18 as a so-called three-bank system, in which the gas storage device 3 comprises individual gas storage devices with which the gas tank 7 is filled in sequence. For refueling, the gas tank is first connected to the first gas reservoir until a pressure of, for example, 130 bar is reached in the gas tank. Then switch to the second gas storage unit until a pressure of 170 bar is reached in the gas tank. The system then switches to the third gas storage unit until the desired final pressure of, for example, 200 bar has been reached in the gas tank. The construction and control of this 3-bank system is comparatively complex. With such a 3-bank system, the degree of utilization of the gas storage can be increased to 35-40% in practice.

Um in jedem Fall einen maximalen Betriebsdruck im Gastank zu gewährleisten, und zwar unabhängig vom Vordruck im Gasspeicher 18, wurde in DE 196 50 999 Cl das gattungsbildende System gemäß Fig. 6c vorgeschlagen. Dabei ist dem Gasspeicher 18, der auch als Ein-Bank-System ausgelegt sein kann, ein Verdichter 11 nachgeschaltet, der das Gas auf den Betriebsdruck nachverdichtet. Allerdings hängt der Drucksatz eines Verdichters linear von seinem Vordruck ab. Somit variiert der Durchsatz des Verdichters 11 und somit auch bei diesem System die Tankzeit in Abhängigkeit vom Füllungsgrad bzw. Vordruck des Gasspeichers 18, also entsprechend den bei einem Tankzyklus bereits betankten Fahrzeugen. Auch hier ist also ein vergleichweise hoher Restdruck im Gasspeicher erforderlich, um akzeptable Tankzeiten sicherzustellen. Der Nutzungsgrad des Gasspeichers 18 läßt sich bei diesem System auf ca. 50% bis maximal 60% steigern. Zusammenfassend läßt sich also feststellen, daß bei den Fast-Fill- Verfahren zum Betanken von Fahrzeugen mit verdichtetem Gas der Gasdruck im Gasspeicher eine entscheidende und begrenzende Rolle spielt; und zwar in Bezug auf Tankzeit, Erreichen des maximalen Befülldruckes im Gastank und in Bezug auf den Nutzungsgrad des Gasspeichers.In order to ensure a maximum operating pressure in the gas tank in each case, regardless of the form in the gas storage 18, the generic system according to FIG. 6c was proposed in DE 196 50 999 Cl. The gas storage 18, which can also be designed as a one-bank system, is followed by a compressor 11, which compresses the gas to the operating pressure. However, the pressure set of a compressor depends linearly on its upstream pressure. Thus, the throughput of the compressor 11 and thus also the tank time in this system vary depending on the degree of filling or admission pressure of the gas reservoir 18, that is to say in accordance with the vehicles already refueled in a tank cycle. Here too, a comparatively high residual pressure in the gas storage is required to ensure acceptable fueling times. The degree of utilization of the gas store 18 can be increased to approximately 50% to a maximum of 60% in this system. In summary, it can be said that in the fast fill process for refueling vehicles with compressed gas, the gas pressure in the gas storage plays a decisive and limiting role; in terms of tank time, reaching the maximum filling pressure in the gas tank and in relation to the degree of utilization of the gas storage.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Vorrichtung bzw. ein solches Verfahren weiterzubilden. Insbesondere soll die Vorrichtung bzw. das Verfahren kürzere und kalkulierbare Tankzeiten ermöglichen, vergleichbar etwa zum Betanken mit Flüssigtreibstoffen, sowie den jeweils erforderlichen Befülldruck im Gastank sicherstellen können.The object of the present invention is to develop a generic device or such a method. In particular, the device and the method should enable shorter and calculable tank times, comparable to refueling with liquid fuels, as well as being able to ensure the filling pressure required in the gas tank.

Diese Aufgabe wird durch eine Zapfanlage gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by a dispensing system according to the characterizing part of patent claim 1 and by a method according to patent claim 9. Advantageous further developments are the subject of the subclaims.

Grundsätzlich basiert die vorliegende Erfindung auf der Idee, als Gasspeicher einen sog. dynamischen Gasspeicher zum Zwischenspeichern von Gas zu verwenden. Das Gasvolumen bzw. das zum Speichern von Gas nutzbare Volumen eines dynamischen Gasspeichers kann variiert werden und wird während des Betankens des Gastanks erfindungsgemäß so geändert, daß der Druck des Gases im Gasvolumen des dynamischen Gasspeichers im wesentlichen konstant gehalten wird. Durch diese Maßnahme wird gewährleistet, daß pro Zeiteinheit im wesentlichen eine konstante Menge an verdichtetem Gas in den Gastank überführt werden kann. Weiterhin wird durch diese Maßnahme gewährleistet, daß aufgrund des im wesentlichen konstanten Drucks im Gasvolumen im wesentlichen 100% des Gasvolumens ausgenutzt werden kann, und zwar unabhängig von der jeweiligen Größe des Gasvolumens und der Menge des in den Gastank abgegebenen Gases. Insgesamt wird der Betankungsvorgang vergleichbar zum Betanken mit einem Flüssigtreibstoff mit konstanter Pumpleistung. Erfindungsgemäß weist die Zapfanlage, die gegebenenfalls eine Gasquelle für das Arbeitsgas, die einen Gasspeicher für das Arbeitsgas und die eine Abgabeemrichtung zum Abgeben des Arbeitsgases an den Gastank umfaßt, eine Einrichtung auf, die während der Abgabe des Arbeitsgases aus dem dynamischen Gasspeicher über eine Änderung des Gasvolumens im dynamischen Gasspeicher den Druck im dynamischen Gasspeicher im wesentlichen konstant hält.Basically, the present invention is based on the idea of using a so-called dynamic gas store for the intermediate storage of gas as the gas store. The gas volume or the volume of a dynamic gas storage that can be used for storing gas can be varied and is changed during the refueling of the gas tank according to the invention so that the pressure of the gas in the gas volume of the dynamic gas storage is kept essentially constant. This measure ensures that essentially a constant amount of compressed gas can be transferred into the gas tank per unit of time. This measure also ensures that, owing to the essentially constant pressure in the gas volume, essentially 100% of the gas volume can be used, irrespective of the size of the gas volume and the amount of gas discharged into the gas tank. Overall, the refueling process is comparable to refueling with a liquid fuel with a constant pumping power. According to the invention, the dispensing system, which optionally includes a gas source for the working gas, a gas storage for the working gas and a delivery device for delivering the working gas to the gas tank, has a device that detects a change in the working gas during the delivery of the dynamic gas storage Volume of gas in the dynamic gas storage essentially keeps the pressure in the dynamic gas storage constant.

Dem dynamischen Gasspeicher braucht kein weiterer Verdichter nachgeordnet zu sein. In diesem Fall wird das Gas im Gasvolumen des Gasspeichers während der Abgabe des Arbeitsgases bzw. Brenngases im wesentlichen auf dem im Gastank zu erzielenden Betriebsdruck gehalten. Sofern beispielsweise eine Temperaturänderung beim Überführen des Gases in den Gastank kompensiert werden soll, kann der Druck im Gasspeicher auch geeignet höher gewählt werden. Dem dynamischen Gasspeicher kann jedoch auch ein Verdichter oder ein Verdichteraggregat nachgeordnet sein, um das Gas geeignet auf den Betriebsdruck im Gastank nachzuverdichten. Aufgrund des konstanten Vordrucks wird der Durchsatz des Verdichters erfmdungsgemäß im wesentlichen konstant sein.No further compressor needs to be arranged after the dynamic gas storage. In this case, the gas in the gas volume of the gas storage device is kept essentially at the operating pressure to be achieved in the gas tank during the delivery of the working gas or fuel gas. If, for example, a change in temperature when transferring the gas to the gas tank is to be compensated for, the pressure in the gas storage device can also be suitably higher. However, a compressor or a compressor unit can also be arranged downstream of the dynamic gas storage in order to suitably compress the gas to the operating pressure in the gas tank. Because of the constant upstream pressure, the throughput of the compressor will be essentially constant according to the invention.

Vorzugsweise umfaßt der dynamische Gasspeicher ein Druckflüssigkeitsvolumen zur Aufnahme einer Druckflüssigkeit, um das Gas im Gasvolumen mit einem vorgegebenen Druck, der geeignet gewählt wird, zu beaufschlagen. Ferner ist eine Einrichtung vorgesehen, um dem Druckflüssigkeitsvolumen insbesondere bei der Abgabe des Arbeitsgases aus dem Gasvolumen eine geeignete Menge an Druckflüssigkeit zuzuführen bzw. von diesem insbesondere beim Befullen des Gasvolumens mit Arbeitsgas wieder aufzunehmen. Durch geeignete Änderung des Druckflüssigkeitsvolumens kann somit in einfacher Weise Gas mit konstantem Druck in einen Gastank überführt werden.The dynamic gas storage device preferably comprises a pressure fluid volume for receiving a pressure fluid in order to apply a predetermined pressure to the gas in the gas volume, which pressure is selected appropriately. Furthermore, a device is provided in order to supply a suitable amount of pressure fluid to the pressure fluid volume, in particular when the working gas is emitted from the gas volume, or to take it up again, particularly when filling the gas volume with working gas. By suitably changing the pressure fluid volume, gas can be transferred into a gas tank at a constant pressure in a simple manner.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem dynamischen Speicher um einen Hydraulikspeicher. Ein Hydraulikspeicher besteht aus einem Behälter, der durch eine Blase, eine Membran, einen frei beweglichen, ungesteuerten Kolben oder dergleichen in zwei Kammern unterteilt ist, wobei die eine Kammer mit irnkompressibler Druckflüssigkeit und die andere mit Gas gefüllt ist. Hydraulikspeicher werden im Stand der Technik zur Energiespeicherung und Energieübertragung in hydraulischen Systemen verwendet, wobei die Speicherung der hydraulischen Energie durch Komprimierung des in der Gaskammer eingeschlossenen Gases erfolgt. Erfindungsgemäß wird jedoch ein bekannter Hydraulikspeicher in umgekehrter Weise verwendet; durch Änderung des Druckflüssigkeitsvolumens wird nämlich der Gasdruck durch entsprechende Änderung des Gasvolumens des Gasspeichers im wesentlichen konstant gehalten.The dynamic accumulator is preferably a hydraulic accumulator. A hydraulic accumulator consists of a container which is subdivided into two chambers by a bladder, a membrane, a freely movable, uncontrolled piston or the like, one chamber having an incompressible pressure fluid and the other is filled with gas. Hydraulic accumulators are used in the prior art for energy storage and energy transmission in hydraulic systems, the hydraulic energy being stored by compressing the gas enclosed in the gas chamber. According to the invention, however, a known hydraulic accumulator is used in reverse; by changing the pressure fluid volume, the gas pressure is kept essentially constant by correspondingly changing the gas volume of the gas reservoir.

Vorzugsweise ist die Summe aus dem Gasvolumen und dem Druckflüssigkeitsvolumen des dynamischen Gasspeichers konstant bzw. im wesentlichen konstant. Somit entspricht die Menge der dem Druckflüssigkeitsvolumen zugeführten bzw. abgeführten Druckflüssigkeit im wesentlichen der Menge an Gas bei dem vorgegebenen Druck, die dem Gasvolumen entnommen bzw. zum Wiederauffüllen des Gasspeichers zugeführt wird. Eine Variation der dem Gastank pro Zeiteinheit zugeführten Gasmenge kann somit in einfacher Weise über die Leistung der Einrichtung, beispielsweise einer Hydraulikpumpe, erreicht werden. Vorteilhaft ist, daß durch geeignete Auslegung der Einrichtung in einfacher und kostengünstiger Weise eine relativ kurze Betankungsdauer erreicht wird.The sum of the gas volume and the pressure fluid volume of the dynamic gas storage device is preferably constant or essentially constant. Thus, the amount of the hydraulic fluid supplied or discharged corresponds essentially to the amount of gas at the predetermined pressure, which is removed from the gas volume or supplied for refilling the gas storage device. A variation in the amount of gas supplied to the gas tank per unit of time can thus be achieved in a simple manner via the performance of the device, for example a hydraulic pump. It is advantageous that a relatively short refueling time is achieved in a simple and inexpensive manner by suitable design of the device.

Vorteilhaft ist, daß aufgrund des im wesentlichen konstanten Gasdrucks in dem System hinter dem dynamischen Gasspeicher die Betankungszeit unabhängig vom Füllungsgrad des Gasspeichers ist. Diese ist vielmehr von der Leistung, mit der die Einrichtung dem Druckflüssigkeitsvolumen Druckflüssigkeit zuführen kann, abhängig.It is advantageous that due to the essentially constant gas pressure in the system behind the dynamic gas storage, the refueling time is independent of the filling level of the gas storage. Rather, it depends on the power with which the device can supply hydraulic fluid to the hydraulic fluid volume.

Als Gasquelle zur Versorgung des Systems kommt unmittelbar ein Gasnetzanschluß in Betracht, sofern das Gasnetz geeignet vorverdichtetes Gas bereitstellt, beispielsweise zu 50 bar. Als Gasquelle kommen insbesondere für entlegene Gastankstellen ohne eigenen Gasnetzanschluß auch mobile und/ oder austauschbare Gasdruckbehälter in Frage, die an die Zapfanlage angeschlossen werden. Falls jedoch die Zapfanlage an ein Gasleitungsnetz mit relativ geringem Gasdruck angeschlossen ist, wird das Gas bei der Entnahme aus dem Gasnetz vorzugsweise geeignet vorverdichtet, wobei der Gasdruck nach der Verdichtung durchaus über dem Befülldruck des Gastanks liegen kann, um z.B. das Gesamtvolumen des dynamischen Gasspeichers zu reduzieren.A gas network connection can be considered as a gas source for supplying the system, provided the gas network provides suitably pre-compressed gas, for example at 50 bar. Mobile and / or interchangeable gas pressure containers, which are connected to the dispensing system, are also suitable as gas sources, particularly for remote gas filling stations without their own gas network connection. However, if the tap system is connected to a gas pipeline network with a relatively low gas pressure, the gas is removed from the The gas network is preferably suitably pre-compressed, the gas pressure after the compression being able to be well above the filling pressure of the gas tank, for example in order to reduce the total volume of the dynamic gas storage.

Bei der Einrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine Hydraulikpumpe mit üblicher Regelung, um dem Druckflüssigkeitsvolumen eine geeignete Menge von Druckflüssig- keit, z. B. Hydrauliköl, zuzuführen bzw. von diesem abzuführen.The device is preferably a hydraulic pump with conventional control in order to add a suitable amount of hydraulic fluid to the hydraulic fluid volume, e.g. B. hydraulic oil, supply or discharge from this.

In einer ersten Ausführungsform umfaßt die Zapfanlage einen oder mehrere dynamische Gasspeicher, die entweder unmittelbar aus einer Gasquelle, wie vorstehend angeführt, mit Gas befüllt werden, oder die einem Verdichter zum Verdichten des aus der Gasquelle entnommenen Gases nachgeschaltet sind. Der Verdichter kann ständig oder intermittierend betrieben werden. Während des Befüllens des Gasvolumens ist vorzugsweise eine Verbindung zu einem Druckflüssigkeits- bzw. Hydraulikreservoir freigegeben, so daß das Gasvolumen des dynamischen Gasspeichers unter Verdrängung von Druckflüssigkeit zunehmen kann. Zum Befullen des Gastanks gibt die Abgabeeinrichtung bzw. die Zapfsäule eine Verbindung zwischen dem Gasvolumen und dem Gastank frei. Ferner wird die Verbindung zwischen dem Druckflüssigkeitsreservoir und dem Druckflüssigkeitsvolumen vorzugsweise gesperrt und eine Hydraulikpumpe zum Fördern von Druck- bzw. Hydraulikflüssigkeit in das Druckflüssigkeitsvolumen zugeschaltet. Die Hydraulikpumpe wird so geregelt, daß der Gasdruck im Gasvolumen im wesentlichen konstant bleibt. Zusätzliche Druckflüssigkeit führt somit zu einer entsprechenden Zunahme des Druckflüssigkeitsvolumens und einer Abnahme des Gasvolumens des dynamischen GasspeichersIn a first embodiment, the dispensing system comprises one or more dynamic gas stores, which are either filled with gas directly from a gas source, as mentioned above, or which are connected downstream of a compressor for compressing the gas removed from the gas source. The compressor can be operated continuously or intermittently. During the filling of the gas volume, a connection to a hydraulic fluid or hydraulic reservoir is preferably released, so that the gas volume of the dynamic gas reservoir can increase while displacing hydraulic fluid. To fill the gas tank, the dispensing device or the dispenser releases a connection between the gas volume and the gas tank. Furthermore, the connection between the hydraulic fluid reservoir and the hydraulic fluid volume is preferably blocked and a hydraulic pump for conveying hydraulic fluid or hydraulic fluid into the hydraulic fluid volume is switched on. The hydraulic pump is controlled so that the gas pressure in the gas volume remains essentially constant. Additional hydraulic fluid thus leads to a corresponding increase in the hydraulic fluid volume and a decrease in the gas volume of the dynamic gas storage

Der Druck im Gasvolumen entspricht vorzugsweise dem Befülldruck des Gastanks. Jedoch kann - falls zweckmäßig - der dynamische Gasspeicher auch auf einen niedrigeren Gasdruck ausgelegt werden als für den Betriebsdruck des Gastanks erforderlich. In diesen Fällen wird dem dynamischen Gasspeicher ein Verdichter nachgeordnet, der das Gas auf den Befülldruck nachverdichtet. Dieser Verdichter wird erfindungsgemäß mit einem konstanten Vordruck beaufschlagt, so daß der Durchsatz an Gas im wesentlichen konstant ist. Somit wird erfindungsgemäß ein konstanter Gasmengendurchsatz pro Zeiteinheit gewährleistet.The pressure in the gas volume preferably corresponds to the filling pressure of the gas tank. However, if appropriate, the dynamic gas storage can also be designed for a lower gas pressure than is required for the operating pressure of the gas tank. In these cases, the dynamic gas storage is followed by a compressor, which compresses the gas to the filling pressure. This compressor is used according to the invention a constant admission pressure is applied so that the throughput of gas is essentially constant. Thus, according to the invention, a constant gas flow rate per unit of time is guaranteed.

Das Gasvolumen einer Zapfanlage wird ausgelegt entsprechend der Anzahl der in einem bestimmten Zeitintervall (z.B. Spitzenlast/Spitzenstunde) zu betankenden Fahrzeuge, der Größe ihrer jeweiligen Gastanks sowie der Leistung des Verdichters. Hierzu können mehrere dynamische Gasspeicher parallel geschaltet werden zu einer Kaskade bzw. zu einem Bündel, die bzw. das von der Steuerung des Systems als Einheit betrachtet wird, also gleichzeitig mit Gas befüllt wird oder zum Betanken von Fahrzeugen dient. Weiterhin können mehrere Kaskaden bzw. Bündel hintereinander geschaltet werden, um so über eine Kaskade bzw. ein Bündel zu betanken und gleichzeitig eine andere Kaskade bzw. ein anderes Bündel wieder mit verdichtetem Gas zu befullen.The gas volume of a dispensing system is designed according to the number of vehicles to be refueled in a certain time interval (e.g. peak load / peak hour), the size of their respective gas tanks and the performance of the compressor. For this purpose, several dynamic gas storage devices can be connected in parallel to form a cascade or a bundle, which is considered as a unit by the control of the system, that is to say is simultaneously filled with gas or is used to refuel vehicles. Furthermore, several cascades or bundles can be connected in series in order to refuel via a cascade or a bundle and at the same time fill another cascade or another bundle with compressed gas.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform umfaßt die Zapfanlage sowohl dynamische als auch passive Gasspeicher, das heißt Gasspeicher mit im wesentlichen konstantem Gasvolumen, wie sie bei 1- oder Mehr-Bank-Systemen eingesetzt werden. Beispielsweise ist der passive Gasspeicher dem dynamischen Gasspeicher vorgeschaltet. Bei dem passiven Gasspeicher kann es sich um ein Ein-Bank-System oder auch um ein Mehr-Bank-System handeln. Bei dieser Ausführungsform wird das Gas aus der Gasquelle ständig oder auch intermittierend zunächst in den passiven Gasspeicher überführt und dort zwischengespeichert. Zu Beginn eines Zyklus wird anschließend das Gas von dem passiven in den dynamischen Gasspeicher überführt. Hierzu sind der passive und der dynamische Gasspeicher vorzugsweise über ein Absperrventil miteinander verbunden. Vorzugsweise ist das Absperrventil während der Abgabe von Gas aus dem dynamischen Gasspeicher in den Gastank geschlossen, so daß das Gas im passiven Gasspeicher für den nächsten Tankzyklus zwischengespeichert wird. Wenn die Abgabe von Gas an den Gastank abgeschlossen ist, wird Gas zum Wiederaufüllen des Gasvolumens des dynamischen Gasspeichers vom passiven Gasspeicher über das dann geöffnete Absperrventil in das Gasvolumen des dynamischen Gasspeichers überführt. Bei diesem Wiederauffüllen des Gasvolumens des dynamischen Gasspeichers wird in der oben angeführten Weise Druckflüssigkeit abgelassen und das Gasvolumen des dynamischen Gasspeichers vergrößert. Vor einem erneuten Betanken wird das Absperrventil wieder verschlossen und das Gas im Gasvolumen des dynamischen Gasspeichers gegebenenfalls auf den Betriebsdruck des Gastanks oder gegebenenfalls auf einen Vordruck verdichtet, der auf einen nachgeordneten Verdichter abgestimmt ist.In a further embodiment according to the invention, the dispensing system comprises both dynamic and passive gas stores, that is to say gas stores with an essentially constant gas volume, as are used in single-bank or multi-bank systems. For example, the passive gas storage is connected upstream of the dynamic gas storage. The passive gas storage device can be a one-bank system or a multi-bank system. In this embodiment, the gas from the gas source is continuously or intermittently first transferred to the passive gas storage device and temporarily stored there. At the beginning of a cycle, the gas is then transferred from the passive to the dynamic gas storage. For this purpose, the passive and dynamic gas storage devices are preferably connected to one another via a shut-off valve. The shut-off valve is preferably closed during the delivery of gas from the dynamic gas store into the gas tank, so that the gas is temporarily stored in the passive gas store for the next tank cycle. When the delivery of gas to the gas tank is complete, gas is transferred from the passive gas storage via the then opened shut-off valve into the gas volume of the dynamic gas storage in order to replenish the gas volume of the dynamic gas storage. With this Refilling the gas volume of the dynamic gas storage is drained of pressure fluid in the manner mentioned above and the gas volume of the dynamic gas storage is increased. Before refueling again, the shut-off valve is closed again and the gas in the gas volume of the dynamic gas storage is compressed, if necessary, to the operating pressure of the gas tank or, if appropriate, to a pre-pressure which is matched to a downstream compressor.

Die Steuerung der Zapfanlage kann wahlweise oder alternativ auch so erfolgen, daß der vorgeschaltete Gasspeicher immer dann gefüllt wird, wenn dies die Auslastung der Zapfanlage bzw. die Kapazität des Verdichters zuläßt, beispielsweise auch dann, wenn gerade kein Gas vom dynamischen Gasspeicher in den Gastank überführt wird.The control of the dispensing system can alternatively or alternatively also be carried out in such a way that the upstream gas storage is always filled when this allows the utilization of the dispensing system or the capacity of the compressor, for example even when no gas is being transferred from the dynamic gas storage to the gas tank becomes.

Auch bei dieser Ausführungsform können die einzelnen dynamischen Gasspeicher der Zapfanlage zu Kaskaden gebündelt und diese hintereinander geschaltet werden, um ein paralleles Betanken und Wiederauffüllen aus dem passiven Gasspeicher zu ermöglichen.In this embodiment, too, the individual dynamic gas stores of the dispensing system can be bundled into cascades and these can be connected in series in order to enable parallel refueling and refilling from the passive gas store.

Bei dieser Ausführungsform hängt der Nutzungsgrad des Gasspeichers der Zapfanlage vom Verhältnis des geometrischen Volumens von passiven und dynamischen Speichern ab und variiert zwischen 40% und 100%.In this embodiment, the degree of utilization of the gas storage of the dispensing system depends on the ratio of the geometric volume of passive and dynamic storage and varies between 40% and 100%.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Gesamtzahl der installierten Gasspeicher in zwei Gruppen unterteilt, wobei im Normalbetrieb jeweils die eine Gruppe als dynamischer Gasspeicher und die andere Gruppe als passiver Gasspeicher betrieben wird. Bei Ausfall eines Verdichters, sei es ein vorgeschalteter Verdichter, z.B. zum Verdichten des Gases aus dem Gasnetz und Überpumpen in den Gasspeicher, oder sei es ein nachgeschalteter Verdichter zwischen Gasspeicher und Gastank, wird auch die andere Gruppe als dynamischer Gasspeicher betrieben.In a further embodiment of the invention, the total number of installed gas stores is divided into two groups, one group being operated as a dynamic gas store and the other group as a passive gas store in normal operation. If a compressor fails, be it an upstream compressor, e.g. to compress the gas from the gas network and pump over into the gas storage, or be it a downstream compressor between the gas storage and gas tank, the other group is also operated as a dynamic gas storage.

Ist die im Normalbetrieb passive Gasspeicher-Gruppe der dynamischen Gasspeicher- Gruppe vorgeschaltet, so ist im Normalbetrieb die Funktionsweise des Gasspeichers wie in der vorhergehenden Ausführungsform beschrieben. Bei Ausfall des Verdichters zwischen Gasleitung und Gasspeicher übernimmt die bisher passive Gasspeichergruppe dessen Funktion. Dazu wird eine Verbindungsleitung zwischen Gasleitung und diesem Gasspeicher aktiviert. Das dann in das Gasvolumen dieser Gasspeicher-Gruppe einströmende Gas wird durch die Hydraulikeinrichtung auf den Druck verdichtet, wie in der nachgeschalteten dynamischen Gasspeicher-Gruppe benötigt, und anschließend in diese übergepumpt. Ob durch die Verdichter leistung der vorgeschalteten Gasspeicher-Gruppe die Leistung des ausgefallenen Verdichters ganz oder nur teilweise kompensiert werden kann, hängt von einer Reihe von Faktoren ab, beispielsweise von dem Prozentanteil des ausgefallenen Verdichters an der Gesamtverdichterleistung, von dem Vordruck im Gasnetz, von der Größe des Gasvolumens der vorgeschalteten Gasspeicher-Gruppe und von der Leistung der Hydraulikanlage.If the gas storage group, which is passive in normal operation, precedes the dynamic gas storage group, the operation of the gas storage is as normal in normal operation described in the previous embodiment. If the compressor between the gas line and gas storage fails, the previously passive gas storage group takes over its function. For this purpose, a connecting line between the gas line and this gas storage is activated. The gas then flowing into the gas volume of this gas storage group is compressed to the pressure by the hydraulic device, as required in the downstream dynamic gas storage group, and then over-pumped into it. Whether the performance of the failed compressor can be fully or partially compensated for by the compressor performance of the upstream gas storage group depends on a number of factors, e.g. the percentage of the failed compressor in the total compressor performance, the admission pressure in the gas network, and the Size of the gas volume of the upstream gas storage group and the performance of the hydraulic system.

Soll die im Normalbetrieb passive Gasspeicher-Gruppe einen nachgeschalteten Verdichter bei Ausfall ersetzen können, so ist sie zu diesem Zweck hinter diesem Verdichter angeordnet. Im Normalbetrieb wird diese Gasspeicher-Gruppe zwischen zwei Tankvorgängen von dem nachgeschalteten Verdichter auf den Befülldruck des Gastanks aufgefüllt. Während des anschließenden Betankungs Vorgangs strömt Gas aus dieser passiven Gasspeicher-Gruppe in den Gastank, bis die Druckdifferenz zwischen diesem Gasspeicher und dem Gastank zu gering wird. Das vollständige Befullen des Gastanks erfolgt über den Verdichter mit Gas aus dem dynamischen Gasspeicher. Bei Ausfall des nachgeschalteten Verdichters wird der bisherige passive Gasspeicher als dynamischer Gasspeicher betrieben und dazu mit der dynamischen Gasspeicher-Gruppe - beispielsweise als weitere Kaskade (n) bzw. Bündel - gekoppelt. Dieser so vergrößerte dynamische Speicher arbeitet dann in zwei Takten: nach dem Füllen durch den vorgeschalteten Verdichter wird zunächst das Gas im Gasvolumen von dem Gasdruck, der durch den vorgeschalteten Verdichter erzeugt wurde, auf den jetzt erforderlichen Befülldruck des Gastanks nachverdichtet. Danach kann dann im zweiten Takt das Betanken der Fahrzeuge erfolgen. Auch hier gilt die im ersten Takt erforderliche Druckerhöhung auf den vollen Befülldruck des Gastanks nur dann, wenn der nach- geschaltete Verdichter nur aus einer Einheit besteht. Handelt es sich hierbei jedoch um eine Verdichtergruppe, bei der der Ausfall einer Einheit abzusichern ist, so ist im ersten Takt der Druck im Gasvolumen nur soweit anzuheben, daß der so erhöhte Vordruck ausreicht, damit die verbliebenen Verdichter die geforderte Taktzeit sicherstellen können. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung einer Gasspeicher-Gruppe hinter einem nachgeschalteten Verdichter besteht darin, daß die zu installierende Verdichterleistung in Folge zeitlicher Streckung der zu erbringenden Verdichterarbeit niedriger ausgelegt werden kann.If the gas storage group, which is passive in normal operation, should be able to replace a downstream compressor in the event of a failure, it is arranged behind this compressor for this purpose. In normal operation, this gas storage group is refilled between two tank processes by the downstream compressor to the filling pressure of the gas tank. During the subsequent refueling process, gas flows from this passive gas storage group into the gas tank until the pressure difference between this gas storage and the gas tank becomes too small. The gas tank is completely filled with gas from the dynamic gas storage via the compressor. If the downstream compressor fails, the previous passive gas storage unit is operated as a dynamic gas storage unit and is therefore coupled to the dynamic gas storage unit group, for example as a further cascade (s) or bundle. This dynamic storage, which has been enlarged in this way, then works in two cycles: after filling by the upstream compressor, the gas in the gas volume is first compressed again from the gas pressure generated by the upstream compressor to the filling pressure of the gas tank which is now required. The vehicles can then be refueled in the second cycle. Here too, the pressure increase to the full filling pressure of the gas tank required in the first cycle only applies if the subsequent switched compressor consists of only one unit. However, if this is a group of compressors in which the failure of a unit is to be secured, the pressure in the gas volume should only be increased to such an extent in the first cycle that the upstream pressure is sufficient so that the remaining compressors can ensure the required cycle time. Another advantage of this arrangement of a gas storage group behind a downstream compressor is that the compressor capacity to be installed can be designed to be lower due to the time span of the compressor work to be performed.

Sämtliche zuvor beschriebenen Ausführungsformen können als Module betrachtet werden. Als solche können diese Module beliebig mit anderen oder gleichen Modulen oder mit Einzelelementen, wie beispielsweise passiven oder dynamischen Gasspeichern, Verdichtern etc. , kombiniert werden. Insbesondere können sämtliche zuvor angeführten Ausführungsformen mit einem nachgeschalteten Verdichter oder mit einem oder mehreren nachgeschalteten Gasspeichern, insbesondere dynamischen Gasspeichern, kombiniert werden.All of the previously described embodiments can be viewed as modules. As such, these modules can be combined as desired with other or the same modules or with individual elements, such as passive or dynamic gas stores, compressors, etc. In particular, all of the above-mentioned embodiments can be combined with a downstream compressor or with one or more downstream gas stores, in particular dynamic gas stores.

Bei sämtlichen Ausführungsformen wird die Steuerung des Gasspeichers in geeigneter Weise vorgenommen, beispielsweise mittels einer elektronischen, programmierbaren Steuerung, die über den erforderlichen Zugriff auf die Elemente der Anlage verfügt.In all of the embodiments, the control of the gas storage is carried out in a suitable manner, for example by means of an electronic, programmable control which has the necessary access to the elements of the system.

Diese Steuerung stellt auch die Kommunikation mit der Steuerung der Zapfsäule und der des vorgeschalteten Verdichters sicher. Der nachgeschaltete Verdichter wird vorzugsweise über die Steuerung der Zapfsäule bzw. eine zentrale Steuereinheit gesteuert.This control also ensures communication with the control of the dispenser and that of the upstream compressor. The downstream compressor is preferably controlled via the control of the dispenser or a central control unit.

Vorzugsweise wird bei Verringerung des Druckflüssigkeitsvolumens die darin enthaltene Druckflüssigkeit in einen entsprechenden Behälter entleert und entspannt sich dabei auf den Atmosphärendruck. Zur Vergrößerung des Druckflüssigkeitsvolumens wird entsprechend Druckflüssigkeit aus dem Behälter entnommen und von der Einrichtung beim Einpumpen in das Druckflüssigkeitsvolumen auf das Druckniveau im dynamischen Gasspeicher gebracht. Um auch die in der Hydraulikflüssigkeit enthaltene Energie auszunutzen, kann bei sämtlichen Ausführungsformen ein dynamischer Gasspeicher mit einem konventionellen Hydraulikspeicher, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist, kombiniert werden.When the volume of pressure fluid is reduced, the pressure fluid contained therein is preferably emptied into a corresponding container and thereby relaxes to the atmospheric pressure. To increase the volume of hydraulic fluid, hydraulic fluid is removed from the container and from the device brought to the pressure level in the dynamic gas storage when pumping into the hydraulic fluid volume. In order to also utilize the energy contained in the hydraulic fluid, a dynamic gas accumulator can be combined with a conventional hydraulic accumulator, as is known from the prior art, in all embodiments.

Hierzu wird die von dem Druckflüssigkeitsvolumen des dynamischen Gasspeichers beim Wiederauffüllen des Gasvolumens abgegebene Druckflüssigkeit in das Druck- flüssigkeitsvolumen des Hydraulikspeichers unter gleichzeitiger Kompression eines Gasvolumens des Hydraulikspeichers geleitet. Umgekehrt wird das komprimierte Gas im Hydraulikspeicher als Energiequelle genutzt, um bei der Betankung des Gastanks Druckflüssigkeit aus dem Druckflüssigkeitsvolumen des Hydraulikspeichers in das Dmckflüssigkeitsvolumen des dynamischen Speichers zu fördern, um so daß Gasvolumen des dynamischen Gasspeichers zu verkleinern.For this purpose, the hydraulic fluid released by the hydraulic fluid volume of the dynamic gas accumulator when the gas volume is refilled is directed into the hydraulic fluid volume of the hydraulic accumulator with simultaneous compression of a gas volume of the hydraulic accumulator. Conversely, the compressed gas in the hydraulic accumulator is used as an energy source to convey hydraulic fluid from the hydraulic fluid volume of the hydraulic accumulator into the hydraulic fluid volume of the dynamic accumulator when the gas tank is being refueled, so that the gas volume of the dynamic gas accumulator is reduced.

Nachfolgend wird die Erfindung in beispielhafter Weise und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:The invention will now be described by way of example and with reference to the accompanying drawings, in which:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung ohne (Fig. 1A) und mit (Fig.1 shows a first embodiment of the invention without (FIG. 1A) and with (FIG.

1B) nachgeschaltetem Verdichter darstellt;1B) downstream compressor;

Fig. 2A eine weitere Ausführungsform mit einem passiven und einem dynamischen2A shows a further embodiment with a passive and a dynamic

Gasspeicher darstellt;Represents gas storage;

Fig. 2B eine weitere Ausfuhrungsform mit einem passiven und einem dynamischen2B shows a further embodiment with a passive and a dynamic

Gasspeicher darstellt, wobei der passive Gasspeicher auch als dynamischer Gasspeicher betreibbar ist;Represents gas storage, wherein the passive gas storage can also be operated as a dynamic gas storage;

Fig. 3A eine weitere Ausführungsform der Erfindung in einer normalen Betriebsweise mit dynamischen und passiven Gasspeicher darstellt; Fig. 3B die Ausführungsform gemäß Fig. 3A in einer weiteren Betriebsweise darstellt, wobei der passive in einen dynamischen Gasspeicher geändert wurde;3A illustrates another embodiment of the invention in a normal mode of operation with dynamic and passive gas storage; 3B shows the embodiment according to FIG. 3A in a further operating mode, the passive gas reservoir being changed to a dynamic one;

Fig. 4 die Parallelschaltung von mehreren dynamischen Gasspeichern zu einerFig. 4 shows the parallel connection of several dynamic gas stores to one

Kaskade bzw. einem Aggregat darstellt;Represents cascade or an aggregate;

Fig. 5 die Hintereinanderschaltung von mehreren solchen Kaskaden gemäß Fig.5 shows the series connection of several such cascades according to FIG.

4 darstellt;4 represents;

Fig. 6 drei Beispiele für Gaszapfanlagen aus dem Stand der Technik darstellt; und6 shows three examples of gas dispensing systems from the prior art; and

Fig. 7 die Kombination eines dynamischen Gasspeichers und eines hydraulischenFig. 7 shows the combination of a dynamic gas storage and a hydraulic

Gasspeichers gemäß der Erfindung zur Speicherung der Energie der Druckflüssigkeit darstellt.Gas storage device according to the invention for storing the energy of the pressure fluid.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. gleichwirkende Teile bzw. Elemente. Es sei darauf hingewiesen, daß es sich bei den Figuren nur um Sche- mazeichnungen handelt, in die nur die wesentlichsten Ventile und Elemente eingezeichnet sind.In the figures, the same reference symbols designate the same or equivalent parts or elements. It should be noted that the figures are only schematic drawings in which only the most important valves and elements are drawn.

Figur 1A zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung. Das Gas wird der Gasquelle 1, beispielsweise einer Gasleitung oder einem mobilen Gasbehälter, entnommen, über den Verdichter 2 verdichtet und in das Gasvolumen 3g des dynamischen Gasspeichers 3 überführt. Neben dem Gasvolumen 3g umfaßt der dynamische Gasspeicher außerdem ein Druckflüssigkeitsvolumen 3ö, das über einen Kolben, über eine Membran oder dergleichen vom Gasvolumen 3g getrennt ist. Durch Verschieben des Kolbens bzw. Verformung der Membran kann das Gasvolumen 3g und das Druckflüssigkeitsvolumen 3ö stufenlos geändert werden. Die Summe aus den beiden Volumina ist dabei konstant. Zum Befullen strömt in einem ersten Takt Druckflüssigkeit über das Absperrventil 9 in ein Druckflüssigkeitsreservoir 4. Das Gasvolumen 3g erreicht so seine maximale Größe. In einem zweiten Takt wird anschließend das Absperrventil 9 geschlossen und das Gasvolumen 3g über den Verdichter 2 mit Gas gefüllt, bis der maximale Betriebsdruck im dynamischen Gasspeicher 3 erreicht ist.Figure 1A shows a first embodiment of the invention. The gas is taken from the gas source 1, for example a gas line or a mobile gas container, compressed by the compressor 2 and transferred into the gas volume 3g of the dynamic gas storage 3. In addition to the gas volume 3g, the dynamic gas storage also comprises a pressure fluid volume 3o which is separated from the gas volume 3g by a piston, a membrane or the like. By moving the piston or deforming the membrane, the gas volume 3g and the pressure fluid volume 3ö can be changed continuously. The sum of the two volumes is constant. For filling, hydraulic fluid flows in a first cycle via the shut-off valve 9 in a pressure fluid reservoir 4. The gas volume 3g thus reaches its maximum size. In a second cycle, the shut-off valve 9 is then closed and the gas volume 3g is filled with gas via the compressor 2 until the maximum operating pressure in the dynamic gas reservoir 3 is reached.

Zum Betanken des Gastanks, beispielsweise eines Fahrzeuges, wird das Ventil 5 bzw. ein Ventil der Abgabeeinrichtung bzw. Zapfsäule 6 geöffnet und die Verbindung zwischen dem Gasvolumen 3g und dem Gastank 7 freigegeben. Dann strömt verdichtetes Gas über die Abgabeeinrichtung 6 in den Gastank 7 ein. Über die Hydraulikpumpe 4 wird gleichzeitig Druckflüssigkeit bzw. Hydrauliköl in das Druckflüssigkeitsvolumen 3ö des dynamischen Gasspeichers 3 gepumpt. Die Leistung der Hydraulikpumpe 4 wird so geregelt, daß der Druck im Gasvolumen 3g im wesentlichen konstant bleibt. Somit entspricht das Volumen an Druckflüssigkeit, die dem Druckflüssigkeitsvolumen 3ö zugeführt wird, dem Volumen des bei dem vorgegebenen Druck an den Gastank abgegebenen Gases.To refuel the gas tank, for example a vehicle, the valve 5 or a valve of the dispensing device or dispenser 6 is opened and the connection between the gas volume 3g and the gas tank 7 is released. Then compressed gas flows into the gas tank 7 via the delivery device 6. Via the hydraulic pump 4, hydraulic fluid or hydraulic oil is simultaneously pumped into the hydraulic fluid volume 3ö of the dynamic gas accumulator 3. The output of the hydraulic pump 4 is controlled so that the pressure in the gas volume 3g remains essentially constant. Thus, the volume of hydraulic fluid that is supplied to the hydraulic fluid volume 3ö corresponds to the volume of the gas delivered to the gas tank at the predetermined pressure.

Das Gasvolumen 3g kann bis auf einen Minimalwert geleert werden, um den Gastank 7 eines Fahrzeuges zu befullen. Nach Erreichen des Minimal werts unterbricht die Steuerung die Verbindung mit dem Gastank 7. Das Ventil 9 wird wiederum geöffnet, so daß die Hydraulikflüssigkeit aufgrund eines Restes an komprimiertem Gas in dem Gasvolumen 3g oder aufgrund des aus dem Verdichter 2 nachströmenden Gases aus dem Druckflüssigkeitsvolumen 3ö des Gasspeichers herausgepreßt wird. Nach Erreichen des maximalen Gasvolumens steht der dynamische Gasspeicher 3 für einen erneuten Betankungsvorgang zur Verfügung. Falls der Verdichter 2 das Gas nicht auf den im Gastank 7 zu erzielenden Betriebsdruck verdichtet, wird das Gas im Gasvolumen 3g vor dem erneuten Betankungsvorgang durch Vergrößerung des Druckflüssigkeitsvolumens 3ö auf den Betriebssdruck komprimiert.The gas volume 3g can be emptied to a minimum value in order to fill the gas tank 7 of a vehicle. After reaching the minimum value, the control unit interrupts the connection to the gas tank 7. The valve 9 is opened again, so that the hydraulic fluid due to a residual compressed gas in the gas volume 3g or due to the gas flowing in from the compressor 2 from the pressure fluid volume 3ö Gas storage is pressed out. After reaching the maximum gas volume, the dynamic gas storage 3 is available for a new refueling process. If the compressor 2 does not compress the gas to the operating pressure to be achieved in the gas tank 7, the gas in the gas volume 3g is compressed to the operating pressure by increasing the pressure fluid volume 3o before the refueling process.

Fig. IB zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der dem dynamischen Gasspeicher 3 ein weiterer Verdichter 11 nachgeschaltet ist, um das Gas aus dem Gasvolumen 3g auf den zu erzielenden Betriebsdruck im Gastank zu verdichten. Weil aufgrund der Hydraulikpumpe 4 der Gasvordruck des Verdichters 11 konstant gehalten wird, ist die durch den Verdichter 11 geförderte Gasmenge pro Zeiteinheit im wesentlichen konstant. Der Druck im dynamischen Gasspeicher ist entsprechend niedriger als der Betriebsdruck im Gastank.FIG. 1B shows a further embodiment, in which a further compressor 11 is connected downstream of the dynamic gas storage 3 in order to convert the gas from the gas volume 3g to the compress the operating pressure to be achieved in the gas tank. Because the gas admission pressure of the compressor 11 is kept constant due to the hydraulic pump 4, the amount of gas delivered by the compressor 11 per unit time is essentially constant. The pressure in the dynamic gas storage is correspondingly lower than the operating pressure in the gas tank.

Fig. 2A zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die einen passiven Gasspeicher 17, d.h. einen Gasspeicher mit konstantem Gasvolumen, und einen dynamischen Gasspeicher 3 umfaßt. Bei dem passiven Gasspeicher handelt es sich um einen 1 -Bank- Gasspeicher oder Mehr-Bank-Gasspeicher. Die Abgabe von verdichtetem Gas aus dem Gasvolumen 3g des dynamischen Gasspeichers 3 erfolgt in der Art und Weise wie bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 1.Fig. 2A shows a further embodiment of the invention which comprises a passive gas storage 17, i.e. a gas storage with constant gas volume, and comprises a dynamic gas storage 3. The passive gas storage is a 1-bank gas storage or multi-bank gas storage. The discharge of compressed gas from the gas volume 3g of the dynamic gas storage 3 takes place in the manner as in the embodiments according to FIG. 1.

Das Zusammenwirken zwischen dem passiven Gasspeicher 17 und dem dynamischen Gasspeicher 3 geschieht wie folgt: solange der Gasdruck im Gasspeicher 17 größer oder gleich ist als der zum Befullen des Gastanks 7 im Gasvolumen 3g des Gasspeichers 3 erforderliche Gasdruck, wird zum Befullen des Gasvolumens 3g das Ventil 12 geöffnet. Wenn das Volumen 3g den Sollwert bezüglich Gasmenge und/oder Druck erreicht hat, wird das Ventil 12 geschlossen. Anschließend kann der Gastank 7 von Fahrzeugen aus dem Gasvolumen 3g in der oben beschriebenen Art und Weise betankt werden. Der Betriebsdruck wird über die Leistung der Hydraulikpumpe 4 eingeregelt.The interaction between the passive gas store 17 and the dynamic gas store 3 takes place as follows: as long as the gas pressure in the gas store 17 is greater than or equal to the gas pressure required for filling the gas tank 7 in the gas volume 3g of the gas store 3, the valve becomes the valve for filling the gas volume 3g 12 open. When the volume 3g has reached the desired value with regard to the gas quantity and / or pressure, the valve 12 is closed. The gas tank 7 can then be refueled by vehicles from the gas volume 3g in the manner described above. The operating pressure is regulated via the power of the hydraulic pump 4.

Wenn der Gasdruck im passiven Gasspeicher 17 kleiner ist als der zum Befullen des Gastanks 7 im Gasvolumen 3g erforderliche Druck, so ist nach Schließen des Ventils 12 ein Anheben des Gasdrucks im Gasvolumen 3g auf den erförderlichen Druck, d.h. auf den Befüllungsdruck des Gastanks, nötig. Dies geschieht dadurch, daß über die Hydraulikpumpe 4 solange Druckflüssigkeit bzw. Hydrauliköl in das Druckflüssigkeitsvolumen 3ö gepumpt und damit dieses Volumen vergrößert wird, bis durch die entsprechende Reduzierung des Gasvolumens der Gasdruck auf den erforderlichen Druck angehoben wurde. Bei der Konfiguration gemäß Fig. 2A ist dies der Befüllungsdruck des Gastanks 7. Falls dem dynamischen Gasspeicher 3 hingegen ein weiterer Verdichter nachgeschaltet ist, kann der erforderliche Druck kleiner gewählt werden, entsprechend einem geeigneten Vordruck des Verdichters. Anschließend kann das Betanken von Fahrzeugen beginnen.If the gas pressure in the passive gas storage 17 is lower than the pressure required to fill the gas tank 7 in the gas volume 3g, then after closing the valve 12, the gas pressure in the gas volume 3g has to be raised to the required pressure, ie to the filling pressure of the gas tank. This is done by pumping hydraulic fluid or hydraulic oil into the hydraulic fluid volume 3ö via the hydraulic pump 4 and thus increasing this volume until the gas pressure has been raised to the required pressure by the corresponding reduction in the gas volume. In the configuration according to FIG. 2A, this is the filling pressure of the gas tank 7. If, on the other hand, a further compressor is connected downstream of the dynamic gas storage unit 3, the required pressure can be selected to be lower, corresponding to a suitable pre-pressure of the compressor. Subsequently, the vehicle can be refueled.

Figur 2B zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der dem dynamischen Gasspeicher 3 ein weiterer Gasspeicher vorgeschaltet ist. Im Normalbetrieb ist die Funktionsweise des Gasspeichers 13 entsprechend der Funktionsweise des passiven Gasspeichers 17 in Figur 2A. Die Funktion des Gasspeichers 3 ist entsprechend der Beschreibung zu Figur 1A.FIG. 2B shows a further embodiment of the invention, in which a further gas store is connected upstream of the dynamic gas store 3. In normal operation, the mode of operation of the gas store 13 corresponds to the mode of operation of the passive gas store 17 in FIG. 2A. The function of the gas storage device 3 corresponds to the description of FIG. 1A.

Bei Ausfall des Verdichters 2 wird der Gasspeicher 13 als dynamischer Gasspeicher betrieben, um die Funktion des ausgefallenen Verdichters 2 ganz oder teilweise zu übernehmen. Hierzu wird in einem ersten Takt überprüft, ob die im Gasvolumen 13g enthaltene Gasmenge den Druck aufweist, den der Verdichter 2 im Normalfall liefert und der vom Gasspeicher 3 erwartet wird. Ist dies nicht der Fall, so wird über die Hydraulikanlage durch Einpumpen von Druckflüssigkeit in das Druckflüssigkeitsvolumen 13ö dieses vergrößert und durch entsprechende Verkleinerung des Gasvolumens 13g der erforderliche Gasdruck aufgebaut. Ist dies geschehen, so kann der Verdichter-Zyklus beginnen.If the compressor 2 fails, the gas store 13 is operated as a dynamic gas store in order to take over the function of the failed compressor 2 in whole or in part. For this purpose, it is checked in a first cycle whether the amount of gas contained in the gas volume 13g has the pressure that the compressor 2 normally delivers and that is expected from the gas storage device 3. If this is not the case, the hydraulic system is increased by pumping hydraulic fluid into the hydraulic fluid volume 13o and the required gas pressure is built up by correspondingly reducing the gas volume 13g. Once this has been done, the compressor cycle can begin.

Auf Anforderung durch den Gasspeicher 3 wird das Ventil 12 geöffnet und Gas aus dem Gasvolumen 13g in das Gasvolumen 3g mit Hilfe der Hydraulikanlage 4 übergepumpt. Anschließend wird Ventil 12 geschlossen und über das Ventil der Hydraulikanlage die Druckflüssigkeit in das Druckflüssigkeitsreservoir entleert. Wenn das Gasvolumen so sein Maximum erreicht hat, wird das Ventil der Hydraulikanlage 4 geschlossen und das Ventil 10 geöffnet. Dadurch strömt Gas aus der Gasquelle in das Gasvolumen 13g. Sobald hier der Druckausgleich erreicht ist, wird das Ventil 10 geschlossen und über die Hydraulikanlage 4 das Gas im Gasvolumen 13 g auf den erforderlichen Druck verdichtet. Anschließend kann so der nächste Verdichterzyklus beginnen.Upon request by the gas reservoir 3, the valve 12 is opened and gas is pumped over from the gas volume 13g into the gas volume 3g with the aid of the hydraulic system 4. Then valve 12 is closed and the hydraulic fluid is emptied into the hydraulic fluid reservoir via the valve of the hydraulic system. When the gas volume has reached its maximum in this way, the valve of the hydraulic system 4 is closed and the valve 10 is opened. As a result, gas flows from the gas source into the gas volume 13g. As soon as the pressure equalization is reached here, the valve 10 is closed and via the Hydraulic system 4 compresses the gas in the gas volume 13 g to the required pressure. The next compressor cycle can then begin.

Fig. 3 zeigt zwei Betriebsweisen einer weiteren Ausfuhrungsform der Erfindung. In den Figuren bezeichnen gestrichelte Linien in der jeweiligen Betriebsweise nicht aktive Elemente bzw. Verbindungen.3 shows two modes of operation of a further embodiment of the invention. In the figures, dashed lines indicate elements or connections which are not active in the respective operating mode.

In der in Figur 3A dargestellten normalen Betriebsweise arbeitet der erste Gasspeicher 3 als dynamischer Gasspeicher, mit einem Druck von beispielsweise 160 bar, und der zweite Gasspeicher 13 als passiver Gasspeicher, d.h. als Gasspeicher mit konstantem Gasvolumen 13g. Das Gasvolumen 3g wird in der oben beschriebenen Weise solange befüllt, bis das Maximalvolumen und ein Gasdruck von beispielsweise 160 bar erreicht ist. Außerdem wird in den Pausen zwischen zwei Betankungsvorgängen das Gasvolumen 13g entsprechend dem vom Verdichter 16 geführten Druck, beispielsweise auf 200 bar, befüllt. Zu Beginn eines Betankungsvorgangs arbeitet das Gasvolumen 13g als 1-Bank- System und gibt über eine dann geöffnete Verbindungsleitung aufgrund des Druckgefälles zwischen den beiden Gasvolumina Gas in den Gastank 7 ab. Die Befüllung des Gastanks 7 auf den maximalen Befüllungsdruck erfolgt in der oben beschriebenen Weise durch Volumenänderung des Gasvolumens 3g bei konstantem Druck und anschließende Nachverdichtung mit Hilfe des Verdichters 16.In the normal operating mode shown in FIG. 3A, the first gas storage 3 works as a dynamic gas storage, with a pressure of 160 bar, for example, and the second gas storage 13 as a passive gas storage, i.e. as gas storage with constant gas volume 13g. The gas volume 3g is filled in the manner described above until the maximum volume and a gas pressure of, for example, 160 bar is reached. In addition, in the breaks between two refueling processes, the gas volume 13 g is filled in accordance with the pressure carried by the compressor 16, for example to 200 bar. At the beginning of a refueling process, the gas volume 13g works as a 1-bank system and releases gas into the gas tank 7 via a connecting line which is then open due to the pressure drop between the two gas volumes. The gas tank 7 is filled to the maximum filling pressure in the manner described above by changing the volume of the gas volume 3 g at constant pressure and then recompressing with the aid of the compressor 16.

Für den Fall, daß beispielsweise der Verdichter 16 ausfällt oder abgeschaltet wird, kann der Verdichter 16 über die Verbindungsleitung 15, wie in Figur 3B dargestellt, überbrückt werden. Hierbei wechselt die Zapfanlage in die in Figur 3B dargestellte Ausfall-Betriebsweise, bei der das Druckflüssigkeitsvolumen 13ö über die Hydraulikpumpe 4 mit dem Hydraulikreservoir in Verbindung steht und die gestrichelt dargestellte direkte Verbindung zwischen dem Gasvolumen 13g und dem Gastank 7 unterbrochen ist.In the event that, for example, the compressor 16 fails or is switched off, the compressor 16 can be bridged via the connecting line 15, as shown in FIG. 3B. Here, the dispensing system changes to the failure mode of operation shown in FIG. 3B, in which the pressure fluid volume 13o is connected to the hydraulic reservoir via the hydraulic pump 4 and the direct connection, shown in broken lines, between the gas volume 13g and the gas tank 7 is interrupted.

Damit ist der Gasspeicher 13 mit dem Gasspeicher 3 gekoppelt als weitere Kaskade (n). Die Abläufe für diesen einen dynamischen Gasspeicher sind damit wie folgt: Der Verdichter 2 befüllt aus der Gasquelle 1 das Gasvolumen des Gasspeichers. Ist dieser BefüUvorgang abgeschlossen, verdichtet die Hydraulikanlage 4 das Gas im Gasvolumen auf den Befülldruck des Gastanks 7. Danach kann über die Zapfsäule 6 das Betanken des Gastanks 7 von Fahrzeugen erfolgen.The gas storage device 13 is thus coupled to the gas storage device 3 as a further cascade (s). The processes for this one dynamic gas storage are as follows: The compressor 2 fills the gas volume of the gas storage device from the gas source 1. When this filling process is complete, the hydraulic system 4 compresses the gas in the gas volume to the filling pressure of the gas tank 7. The gas tank 7 of vehicles can then be refueled via the gas pump 6.

Figur 4 zeigt die Möglichkeit, statt nur eines dynamischen Gasspeichers - wie bei allen Ausführungsformen zuvor als bevorzugt dargestellt - auch mehrere Gasspeicher geeignet zusammenzuschalten und zum Befullen des Gastanks von Fahrzeugen wahlweise zu entleeren.FIG. 4 shows the possibility, instead of only a dynamic gas store - as previously shown as preferred in all embodiments - also suitably interconnecting several gas stores and optionally emptying them for filling the gas tank of vehicles.

Hierzu wird beispielsweise bei der Grundkonfiguration gemäß Fig. 1A der eine dynamische Gasspeicher 3 ersetzt durch die in Figur 4 dargestellte Parallelschaltung mehrerer dynamischer Gasspeicher 3a, 3b, ... 3n. Dieses so gebildete Bündel von dynamischen Gasspeichern wird als eine Einheit gesteuert: Von dem Verdichter 2 wird er als Einheit mit verdichtetem Gas befüllt, und zum Betanken von Fahrzeugen wird er über die Hydraulikanlage 4 über die Zapfsäule 6 als Einheit entleert.For this purpose, for example in the basic configuration according to FIG. 1A, the one dynamic gas store 3 is replaced by the parallel connection of several dynamic gas stores 3a, 3b,... 3n shown in FIG. This bundle of dynamic gas accumulators thus formed is controlled as a unit: the compressor 2 fills it as a unit with compressed gas, and for refueling vehicles it is emptied as a unit via the hydraulic system 4 via the fuel dispenser 6.

Wie in Figur 5 dargestellt, kann die Zapfanlage auch mehrere hintereinander geschaltete Gasspeicherkaskaden 3, 13, 23, ... umfassen, die jeweils aus mehreren parallel geschalteten dynamischen Gasspeichern 3a, 3b, ... 3n usw. bestehen.As shown in FIG. 5, the dispensing system can also comprise a plurality of gas storage cascades 3, 13, 23, ... connected in series, each consisting of a plurality of dynamic gas storage units 3a, 3b, ... 3n etc. connected in parallel.

Durch diese Gliederung des Gasspeichers in Kaskaden ist es möglich, die normalerweise nacheinander ablaufenden Arbeitstakte - wie z.B. Beruhen mit verdichtetem Gas, Betanken von Fahrzeugen und dem damit verbundenen Vergrößern des Druckflüssigkeitsvolumens durch Einfüllen von Hydraulikflüssigkeit und schließlich das Entleeren der Hydraulikflüssigkeit in das Hydraulikreservoir mit entsprechender Vergrößerung des Gasvolumens - nun parallel ablaufen zu lassen. Beispielsweise wir die Kaskade 3 zu einem bestimmten Zeitpunkt für das Betanken von Fahrzeugen genutzt, während gleichzeitig die Kaskade 13 vom Verdichter 2 mit verdichtetem Gas befüllt und gleichzeitig die Kaskade 23 von der Druckflüssigkeit entleert wird. Bei den in den Figuren 4 und 5 dargestellten Gasspeicherkaskaden kann es sich auch um mobile Einheiten handeln, beispielsweise zum Anliefern von verdichtetem aufbereitetem Biogas oder von Wasserstoff, die von einem Fahrzeug, beispielsweise einem Tieflader, angeliefert und an die Zapfanlage angeschlossen werden.This division of the gas reservoir into cascades makes it possible to perform the work cycles that normally take place one after the other - such as resting with compressed gas, refueling vehicles and the associated increase in the pressure fluid volume by filling in hydraulic fluid and finally emptying the hydraulic fluid into the hydraulic reservoir with a corresponding enlargement of the gas volume - now run in parallel. For example, the cascade 3 is used at a certain point in time for refueling vehicles, while at the same time the cascade 13 is filled with compressed gas by the compressor 2 and at the same time the cascade 23 is emptied of the pressure fluid. The gas storage cascades shown in FIGS. 4 and 5 can also be mobile units, for example for delivering compressed, processed biogas or hydrogen, which are delivered by a vehicle, for example a low loader, and connected to the dispensing system.

Um die in der Hydraulikflüssigkeit enthaltene Energie bestmöglich auszunutzen, können bei allen zuvor beschriebenen Ausführungsformen ein oder mehrere dynamische Gasspeicher mit einem konventionellen Hydraulikspeicher zum Speichern von Druckflüssigkeit bzw. Hydrauliköl kombiniert werden, wie in Fig. 7 dargestellt.In order to make the best possible use of the energy contained in the hydraulic fluid, one or more dynamic gas accumulators can be combined with a conventional hydraulic accumulator for storing hydraulic fluid or hydraulic oil in all of the previously described embodiments, as shown in FIG. 7.

Gemäß dieser Ausführungsform ist dann, wenn der Verdichter 2 das Gasvolumen 3g wieder auf den Solldruck, beispielsweise auf 230 bar, gebracht hat, sowohl im dynamischen Gasspeicher 3 als auch im Hydraulikspeicher 20 der Druck identisch 230 bar, und zwar sowohl in den Gasvolumina 3g und 20g als auch in den Druckflüssigkeitsvolumina 3ö und 20ö. Sobald der dynamische Gasspeicher zum Betanken Gas aus dem Gasvolumen 3 g abgibt, wird über die Hydraulikpumpe 4 Druckflüssigkeit von 20ö nach 3ö gepumpt. Hierbei bleibt bestimmungsgemäß der Druck im dynamischen Gasspeicher konstant bzw. im wesentlichen konstant 230 bar, während er im Hydraulikspeicher 20 parallel zur Abgabe von Gas aus dem Gasvolumen 3g abnimmt. Damit ist die von der Hydraulikpumpe 4 benötigte Leistung zum Überpumpen von Hydrauliköl aus 20ö nach 3ö zu Beginn der Gasabgabe aus 3g sehr gering und erreicht erst ihren Maximalwert, wenn das Gasvolumen 3g sein Minimum erreicht hat. Ist zu diesem Zeitpunkt der Druck im Hydraulikspeicher 20 bis in die Nähe des atmosphärischen Drucks abgebaut, so hat die erforderliche Pumpenleistung erst dann den Wert erreicht, der bei Entnahme des Hydrauliköls aus einem drucklosen Hydraulikölreservoir für die gesamte Entnahme von Gas aus dem Gasvolumen 3g benötigt würde. Beim Umschalten auf Wiederbefüllen des Gasvolumens 3g durch den Verdichter 2 wird das Rücklaufventil der Hydraulikanlage geöffnet. Das in 3ö unter einem Druck von 230 bar gespeicherte Hydrauliköl sowie das Wiederauffüllen des Gasvolumens 3g bringen auch den Hydraulikspeicher wieder auf einen Druck von 230 bar, so daß nach Schließen des Rücklaufventils der nächste Tankzyklus beginnen kann. Bei dem im Gasvolumen 20g des Hydraulikspeichers gespeicherten Gas kann es sich um ein beliebiges technisches Gas, beispielsweise Stickstoff, handeln.According to this embodiment, when the compressor 2 has brought the gas volume 3g back to the desired pressure, for example to 230 bar, the pressure in both the dynamic gas accumulator 3 and in the hydraulic accumulator 20 is identical to 230 bar, both in the gas volumes 3g and 20g as well as in the pressure fluid volumes 3ö and 20ö. As soon as the dynamic gas accumulator emits gas from the gas volume of 3 g for refueling, hydraulic fluid pumps 4 hydraulic fluid from 20o to 3o. As intended, the pressure in the dynamic gas reservoir remains constant or essentially constant 230 bar, while it decreases in the hydraulic reservoir 20 parallel to the delivery of gas from the gas volume 3 g. The power required by the hydraulic pump 4 for pumping over hydraulic oil from 20o to 3o at the start of gas delivery from 3g is very low and only reaches its maximum value when the gas volume 3g has reached its minimum. If the pressure in the hydraulic accumulator 20 is reduced to near atmospheric pressure at this point in time, the required pump output has only then reached the value that would be required for the entire removal of gas from the gas volume 3 g if the hydraulic oil was removed from an unpressurized hydraulic oil reservoir . When switching over to refilling the gas volume 3g by the compressor 2, the return valve of the hydraulic system is opened. The hydraulic oil stored in 3ö under a pressure of 230 bar and the refilling of the gas volume 3g also bring up the hydraulic accumulator again a pressure of 230 bar, so that the next tank cycle can begin after the return valve is closed. The gas stored in the gas volume 20g of the hydraulic accumulator can be any technical gas, for example nitrogen.

Während die Erfindung vorstehend im Zusammenhang mit dem Betanken eines Gastanks mit verdichtetem Erdgas beschrieben wurde, kann sie in gleicher Weise für beliebige andere Gase verwendet werden, beispielsweise zum Betanken mit verdichtetem, aufbereitetem Biogas, Wasserstoff und dergleichen. Bevorzugt wird der Gastank auf einen Druck von etwa 200 bar befüllt, bei einem Fassungsvermögen des Gastanks von beispielsweise 80 1 für Pkw und einigen 100 1 für Busse oder Lkw. While the invention has been described above in connection with the refueling of a gas tank with compressed natural gas, it can be used in the same way for any other gases, for example for refueling with compressed, processed biogas, hydrogen and the like. The gas tank is preferably filled to a pressure of approximately 200 bar, with a gas tank capacity of, for example, 80 liters for cars and a few 100 liters for buses or trucks.

Claims

Patentansprüche claims 1. Zapf anläge zum Befullen eines Gastanks mit einem Arbeitsgas, insbesondere mit Erdgas, mit einem Gasspeicher (3) für das Arbeitsgas und einer Abgabeeinrichtung (6), um das Arbeitsgas an den Gastank (7) abzugeben, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasspeicher einen dynamischen Gasspeicher (3) umfaßt, wobei eine Einrichtung (4) während der Abgabe des Arbeitsgases aus dem dynamischen Gasspeicher (3) über eine Änderung des Gasvolumens (3g) im dynamischen Gasspeicher (3) den Druck im dynamischen Gasspeicher (3) im wesentlichen konstant hält.1. Dispensing system for filling a gas tank with a working gas, in particular natural gas, with a gas storage (3) for the working gas and a delivery device (6) to deliver the working gas to the gas tank (7), characterized in that the gas storage one dynamic gas storage (3), wherein a device (4) during the delivery of the working gas from the dynamic gas storage (3) via a change in the gas volume (3g) in the dynamic gas storage (3) the pressure in the dynamic gas storage (3) substantially constant holds. 2. Zapfanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dynamische Gasspeicher (3) das Gasvolumen (3g) und ein Druckflüssigkeitsvolumen (3ö) umfaßt, wobei die Einrichtung (4) bei einer Abgabe des Arbeitsgases aus dem Gasvolumen (3g) in den Gastank (7) dem Druckflüssigkeitsvolumen (3ö) des dynamischen Gasspeichers (3) Druckflüssigkeit zuführt, um das Druckflüssigkeitsvolumen (3ö) zu vergrößern und das Arbeitsgas auf konstantem Druck zu halten, wobei die Summe aus dem Gasvolumen (3g) und dem Druckflüssigkeitsvolumen (3ö) im wesentlichen k nstant ist.2. Dispensing system according to claim 1, characterized in that the dynamic gas storage (3) comprises the gas volume (3g) and a pressure fluid volume (3ö), the device (4) when the working gas is released from the gas volume (3g) into the gas tank (7) the hydraulic fluid volume (3ö) of the dynamic gas storage (3) supplies hydraulic fluid to increase the hydraulic fluid volume (3ö) and to keep the working gas at constant pressure, the sum of the gas volume (3g) and the hydraulic fluid volume (3ö) in is essentially constant. 3. Zapfanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasquelle einen Verdichter (2) umfaßt, der dem Gasspeicher (3) vorgeschaltet ist, um das Arbeitsgas auf einen ersten Druck im Gasspeicher (3) zu verdichten, und/ oder daß dem Gasspeicher (3) ein zweiter Verdichter (11) nachgeschaltet ist, dessen Vordruck dem Gasdruck im Gasspeicher (3) entspricht und der das Arbeitsgas auf den Befülldruck im Gastank (7) verdichtet.3. Dispensing system according to claim 2, characterized in that the gas source comprises a compressor (2) which is connected upstream of the gas reservoir (3) to compress the working gas to a first pressure in the gas reservoir (3), and / or that the gas reservoir (3) a second compressor (11) is connected downstream, the upstream pressure of which corresponds to the gas pressure in the gas store (3) and which compresses the working gas to the filling pressure in the gas tank (7). 4. Zapfanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen passiven Gasspeicher (17), der dem Gasspeicher (3) vorgeschaltet ist und der mit dem dynamischen Gasspeicher (3g) zur Versorgung mit Arbeitsgas verbunden ist, vorzugsweise über ein Absperrventil (12).4. Dispensing system according to one of claims 1 to 3, characterized by a passive gas storage (17) which is connected upstream of the gas storage (3) and which is connected to the dynamic gas storage (3g) for supplying working gas, preferably via a shut-off valve (12). 5. Zapfanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem dynamischen Gasspeicher (3) ein zweiter Gasspeicher (13) mit einem zweiten Gasvolumen (13g) und einem zweiten Druckflüssigkeitsvolumen (13ö) vorgeschaltet ist, wobei die Gasvolumina (3g, 13g) miteinander verbunden sind, vorzugsweise über ein Absperrventil (12), welcher zweite Gasspeicher (13) als dynamischer Gasspeicher betreibbar ist, wobei der zweite Gasspeicher (13) zunächst mit Arbeitsgas befüllt wird und auf einen vorbestimmten Druck verdichtet und dann das Arbeitsgas mit dem vorbestimmten Druck in das Gasvolumen (3g) des dynamischen Gasspeichers (3) überführt.5. Dispensing system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the dynamic gas storage (3) is preceded by a second gas storage (13) with a second gas volume (13g) and a second pressure fluid volume (13ö), the gas volumes (3g, 13g) are connected to one another, preferably via a shut-off valve (12), which second gas store (13) can be operated as a dynamic gas store, the second gas store (13) being initially filled with working gas and compressed to a predetermined pressure and then the working gas with the predetermined pressure in the gas volume (3g) of the dynamic gas storage (3) transferred. 6. Zapf anläge nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem dynamischen Gasspeicher (3) ein zweiter Gasspeicher (13) nachgeschaltet ist, der wahlweise in einer normalen Betriebsweise als passiver Gasspeicher oder in einer weiteren Betriebsweise als dynamischer Gasspeicher betreibbar ist, wobei in der normalen Betriebsweise der Gastank (7) durch Überströmen von Arbeitsgas von dem zweiten Gasspeicher (13) und durch Abgabe von Arbeitsgas aus dem dynamischen Gasspeicher (3), die im wesentlichen mit konstantem Druck erfolgt, befüllt , wird und wobei in der weiteren Betriebsweise das Arbeitsgas abwechselnd von dem dynamischen Gasspeicher (3) oder dem zweiten Gasspeicher (13) abgegeben bzw. gespeichert wird oder beide Gasspeicher (3, 13) im Gleichtakt betrieben werden.6. dispensing system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the dynamic gas storage (3) is followed by a second gas storage (13) which can be operated in a normal operating mode as a passive gas storage or in a further operating mode as a dynamic gas storage , In the normal operating mode, the gas tank (7) is filled by overflowing of working gas from the second gas storage (13) and by delivering working gas from the dynamic gas storage (3), which takes place essentially at constant pressure, and in which In another mode of operation, the working gas is alternately discharged or stored by the dynamic gas store (3) or the second gas store (13) or both gas stores (3, 13) are operated in synchronism. 7. Zapfanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dynamische und/oder der zweite Gasspeicher (3, 13) eine Anzahl parallel geschalteter Gasspeicher umfaßt, wobei derartige Bündel von Gasspeichern kaskadenartig hintereinander schaltbar sind.7. Dispensing system according to one of the preceding claims, characterized in that the dynamic and / or the second gas store (3, 13) comprises a number of gas stores connected in parallel, such bundles of gas stores being cascaded in series. 8. Zapfanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (4) mit einem Hydraulikspeicher (20) verbunden ist, um Druckflüssigkeit, die von dem dynamischen Gasspeicher abgegeben wird, zwischenzuspeichern bzw. um dem dynamischen Gasspeicher Druckflüssigkeit zur Verfügung zu stellen.8. Dispenser according to one of claims 2 to 7, characterized in that the device (4) with a hydraulic accumulator (20) is connected to pressurized fluid, which is released by the dynamic gas storage, to store or to provide pressure fluid to the dynamic gas storage. 9. Verfahren zum Befullen eines Gastanks mit einem Arbeitsgas, insbesondere mit Erdgas, mit den folgenden Schritten: das Arbeitsgas wird einer Gasquelle (1,2) entnommen; das Arbeitsgas wird in einem dynamischen Gasspeicher (3) gespeichert; und das Arbeitsgas wird über eine Abgabeeinrichtung (6) in den Gastank überführt, wobei das Gasvolumen des dynamischen Gasspeichers (3) während der Abgabe des9. A method for filling a gas tank with a working gas, in particular with natural gas, with the following steps: the working gas is taken from a gas source (1, 2); the working gas is stored in a dynamic gas storage (3); and the working gas is transferred into the gas tank via a delivery device (6), the gas volume of the dynamic gas storage (3) during the delivery of the Arbeitsgases aus dem dynamischen Gasspeicher (3) geändert wird, so daß derWorking gas from the dynamic gas storage (3) is changed so that the Druck im Gasspeicher (3) im wesentlichen konstant gehalten wird.Pressure in the gas reservoir (3) is kept substantially constant. 10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem zum Überführen von Arbeitsgas in den Gastank einem Druckflüssigkeitsvolumen (3ö) des dynamischen Gasspeichers (3) Druckflüssigkeit zugeführt wird, wobei eine Einrichtung (4) dem Druckflüssigkeitsvolumen (3ö) Druckflüssigkeit zuführt, um das Druckflüssigkeitsvolumen (3) zu vergrößern und das Arbeitsgas im wesentlichen auf konstantem Druck zu halten, wobei die Summe aus dem Gasyolumen (3g) und dem Druckflüssigkeitsvolumen (3ö) im wesentlichen konstant gehalten wird.10. The method according to claim 9, in which for transferring working gas into the gas tank a hydraulic fluid volume (3ö) of the dynamic gas storage (3) is supplied with hydraulic fluid, a device (4) supplying the hydraulic fluid volume (3ö) hydraulic fluid to the hydraulic fluid volume (3rd ) to increase and to keep the working gas essentially at constant pressure, the sum of the gas volume (3g) and the pressure fluid volume (3ö) being kept essentially constant. 11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem das Arbeitsgas mit einem Verdichter (2), der dem Gasspeicher (3) vorgeschaltet ist, auf einen ersten Druck verdichtet wird, wenn es der Gasquelle (1) entnommen wird, und/oder bei dem das Arbeitsgas zum Überführen in den Gastank (7) in einem zweiten Verdichter (11), der dem dynamischen Gasspeicher nachgeschaltet ist, auf den Befülldruck im Gastank (7) verdichtet wird.11. The method according to claim 9 or 10, wherein the working gas with a compressor (2), which is connected upstream of the gas storage (3), is compressed to a first pressure when it is removed from the gas source (1), and / or at which the working gas for transfer into the gas tank (7) in a second compressor (11), which is connected downstream of the dynamic gas storage, is compressed to the filling pressure in the gas tank (7). 12. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem zunächst ein passiver Gasspeicher (17), der dem dynamischen Gasspeicher (3) vorgeschaltet ist, mit verdichtetem Arbeitsgas befüllt wird und bei dem dann das verdichtete Arbeitsgas in den dynamischen Gasspeicher (3) überführt wird.12. The method according to claim 9, in which a passive gas storage device (17), which is connected upstream of the dynamic gas storage device (3), is filled with compressed working gas and in which the compressed working gas is then fed into the dynamic gas storage device (3). is transferred. 13. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Arbeitsgas zunächst in einen zweiten dynamischen Gasspeicher (13), der dem dynamischen Gasspeicher (3) vorgeschaltet ist, gefüllt wird, dann das Arbeitsgas in dem Gasvolumen des zweiten Gasspeichers (13) auf einen vorbestimmten Druck verdichtet und in das Gasvolumen des dynamischen Gasspeichers (3) überführt wird.13. The method according to claim 9, wherein the working gas is first filled in a second dynamic gas storage (13) which is upstream of the dynamic gas storage (3), then the working gas in the gas volume of the second gas storage (13) to a predetermined pressure compressed and transferred into the gas volume of the dynamic gas storage (3). 14. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem in einer normalen Betriebsweise ein zweiter Gasspeicher (13), der dem dynamischen Gasspeicher (3) nachgeschaltet ist, als passiver Gasspeicher betrieben wird, bei welchem Verfahren der Gastank (7) durch Überströmen von Arbeitsgas aus dem Gasvolumen (13g) des zweiten Gasspeichers (13) und durch Abgabe von Arbeitsgas aus dem Gasvolumen des dynamischen Gasspeichers (3), die im wesentlichen bei konstantem Druck erfolgt, befüllt wird und der zweite Gasspeicher (13) in einer weiteren Betriebsweise als dynamischer Gasspeicher betrieben wird, wobei das Arbeitsgas abwechselnd von dem dynamischen Gasspeicher (3) oder dem zweiten Gasspeicher (13) abgegeben bzw. gespeichert wird oder beide Gasspeicher (3, 13) im Gleichtakt betrieben werden.14. The method according to claim 9, in which in a normal mode of operation a second gas storage (13), which is connected downstream of the dynamic gas storage (3), is operated as a passive gas storage, in which method the gas tank (7) by overflow of working gas from the Gas volume (13g) of the second gas storage (13) and by delivering working gas from the gas volume of the dynamic gas storage (3), which takes place essentially at constant pressure, is filled and the second gas storage (13) is operated in a further mode of operation as a dynamic gas storage The working gas is alternately discharged or stored by the dynamic gas store (3) or the second gas store (13) or both gas stores (3, 13) are operated in synchronism. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, bei dem das Arbeitsgas in einer Anzahl parallel geschalteter dynamischer und/oder wahlweise dynamisch bzw. passiv betreibbarer Gasspeicher (3, 13) gespeichert wird.15. The method according to any one of claims 9 to 14, wherein the working gas is stored in a number of parallel and dynamic or / and optionally dynamically or passively operable gas storage (3, 13). 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, bei dem Druckflüssigkeit, die von dem dynamischen Gasspeicher (3) abgegeben wird, im Druckflüssigkeitsvolumen eines Hydraulikspeichers (20) zwischengespeichert wird und auf diese Weise zwischengespeicherte Druckflüssigkeit dem Druckflüssigkeitsvolumen des dynamischen Gasspeichers (3) wieder zugeführt wird, um das Arbeitsgas aus dem Gasvolumen des dynamischen Gasspeichers (3) in den Gastank (7) zu überfuhren. 16. The method according to any one of claims 10 to 15, in which hydraulic fluid that is released from the dynamic gas reservoir (3) is temporarily stored in the hydraulic fluid volume of a hydraulic reservoir (20) and in this way buffered hydraulic fluid the hydraulic fluid volume of the dynamic gas reservoir (3) again is supplied to transfer the working gas from the gas volume of the dynamic gas storage (3) into the gas tank (7).
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