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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Fördern von
volatile Gaskomponenten enthaltendem Fluid, insbesondere Kraftstoff
für Brennkraftmaschinen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Eine
bekannte Vorrichtung zum Fördern von Kraftstoff aus einem
Kraftstofftank zu einer Brennkraftmaschine (
DE 101 56 429 A1 ) weist
eine Hochdruck-Förderpumpe mit einem Kraftstoffzulauf und eine
Niederdruck-Förderpumpe auf, die Kraftstoff aus einem Kraftstofftank
in den Kraftstoffzulauf der Hochdruck-Förderpumpe fördert.
Ein Niederdruckregler regelt den Druck im Kraftstoffzulauf auf z.
B. 4 bis 6 bar. Die Hochdruck-Förderpumpe fördert über
eine Hochdruckleitung in einen Kraftstoffverteiler (Common Rail),
der mit Einspritzventilen verbunden ist. Die Hochdruck-Förderpumpe
weist einen von einem Elektromagneten zu Hubbewegungen angetriebenen Pumpenkolben
auf, der in einem Pumpengehäuse eine Pumpenkammer begrenzt.
In der Pumpenkammer mündet am Boden der Pumpenkammer ein
Saugeingang mit federbelastetem Rückschlagventil und ein
mit der Hochdruckleitung verbundener Druckausgang, in dem ebenfalls
ein federbelastetes Rückschlagventil angeordnet ist.
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Bei
solchen Förderpumpen treten ebenso wie bei flüssigkeitsfördernden
Förderpumpen allgemeiner Art Förderprobleme dann
auf, wenn auf der Saugseite der Förderpumpe der Dampfdruck
des eingesaugten Fluids unterschritten wird. Die aus dem Fluid ausdampfenden
Gaskomponenten besetzen ein Volumen im Saugteil der Förderpumpe,
so dass das Fluid nicht mehr im vollen Umfang eingesaugt wird und
die Förderleistung der Förderpumpe sinkt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung zum Fördern
von Fluid mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass
das dem Saugeingang der Förderpumpe zuströmende
Fluid an der Wärmequelle erwärmt und im Fluid
enthaltene, leichtflüchtige oder volatile Gaskomponenten
vorverdampft werden. Das vorerwärmte Fluid gibt an der
Wärmetransferstelle seinerseits Wärme an das aus
dem Fluidreservoir nachströmende Fluid ab, wodurch auch
dieses bereits vorerwärmt und bezüglich der Gaskomponenten verdampft
wird. In beiden Fällen wird durch die Verdampfung dem Fluid
Enthalpie entzogen und mit dem über den Gasaustritt abströmenden,
verflüchtigten Gaskomponenten vom Fluid abgeführt.
Die Temperatur des von der Förderpumpe eingesaugten Fluids sinkt
damit deutlich unter die Siedetemperatur des Fluids, so dass beim
Einsaugen dem Fluid ein gewisser Unterdruck aufgeprägt
werden kann, ohne dass in dem eingesaugten Fluidvolumen weitere
Gaskomponenten ausdampfen. Somit wird das in der Förderpumpe
vorhandene Volumen nicht teilweise durch ausdampfende Gaskomponente
sondern ausschließlich vom Fluid besetzt, und die Förderleistung der
Förderpumpe bleibt uneingeschränkt erhalten. Zur
Erzielung eines maximalen Wirkungsgrads sind Wärmequelle
und Wärmetransferstelle voneinander thermisch entkoppelt.
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Durch
die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch
1 angegebenen Fördervorrichtung möglich.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist von dem
aus dem Fluidreservoir nachströmenden Fluid ein Teilstrom
abgezweigt und die Wärmetransferstelle als eine Mischkammer
zur Rückführung des abgezweigten und an der Wärmequelle
erwärmten Teilstroms in das aus dem Fluidreservoir nachströmende
Fluid ausgebildet. Dabei kann die Wärmetransferstelle stromabwärts
der Abzweigstelle oder alternativ stromaufwärts der Abzweigstelle
angeordnet sein. Vorzugsweise sind die in der Mischkammer zusammengeführten
Fluidströme des abgezweigten Teilstroms und des aus dem Fluidreservoir
nachströmenden Fluids gleich groß bemessen, so
dass ein Idealverhältnis für die Temperaturabsenkung
des aus den beiden Fluidströmen zusammengesetzten, zum
Saugeingang fließenden Mischstroms erzielt wird.
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Gemäß einer
alternativen Ausführungsform der Fördervorrichtung
ist die Wärmetransferstelle als Wärmetauscher
ausgebildet, der von einem Primärstrom und einem Sekundärstrom,
die vorzugsweise einander entgegengerichtet sind, durchströmt
wird. Der Primärstrom wird aus dem von der Wärmequelle erwärmten
Fluid und der Sekundärstrom aus dem aus dem Fluidreservoir
nachströmenden Fluid gebildet. Dies hat den Vorteil, dass
der gesamte Fluidstrom abgekühlt wird und nicht nur ein
Teil des Fluidstroms, so dass der Kühleffekt für
das von der Förderpumpe eingesaugte Fluid erhöht
wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen in schematischer Darstellung:
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1 bis 4 jeweils
eine Vorrichtung zum Fördern von Fluid, gemäß einem
ersten, zweiten, dritten und vierten Ausführungsbeispiel,
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5 einen
Schnitt längs der Linie V-V in 4,
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6 und 7 jeweils
eine Vorrichtung zum Fördern von Fluid gemäß einem
fünften und sechsten Ausführungsbeispiel.
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Die
in 1 schematisiert skizzierte Vorrichtung zum Fördern
von Fluid, das volatile oder leichtflüchtige Gaskomponenten
enthält, insbesondere zum Fördern von Kraftstoff
in Brennkraftmaschinen, weist eine Förderpumpe 11 mit
einem Saugeingang 12 und einem Druckausgang 13 auf.
Die Förderpumpe 11 kann eine Verdrängungspumpe,
z. B. eine Kolbenpumpe, oder eine Strömungspumpe sein.
Der Saugeingang 12 der Förderpumpe 11 ist über
eine Fluidleitung 14 an einem Fluidbehälter oder
Fluidreservoir 15 angeschlossen. Beim Saughub der Förderpumpe 11 strömt
Fluid durch die Fluidleitung 14 zum Saugeingang 12,
wobei eine Fluidmenge in eine Pumpenkammer eingesaugt wird. Beim
anschließenden Kompressionshub der Förderpumpe 11 wird
die in der Pumpenkammer vorhandene Fluidmenge über den
Druckausgang 13 in eine Druckleitung 16 ausgeschoben.
Stromaufwärts des Saugeingangs 12 ist eine Wärmequelle 17,
der zumindest eine Teilmenge des dem Saugeingang 12 zuströmenden
Fluids ausgesetzt ist, eine Wärmetransferstelle 18,
in der von der Wärmequelle 17 erwärmtes
Fluid mit aus dem Fluidreservoir 15 nachströmendem
Fluid in Wärmeaustausch tritt, und mindestens ein Gasaustritt 19 vorgesehen, über
den an der Wärmequelle 17 und an der Wärmetransferstelle 18 aus
dem Fluid austretende volatile Gaskomponenten abgeführt
werden. Wärmequelle 17 und Wärmetransferstelle 18 sind
voneinander thermisch entkoppelt, was z. B. durch geeignete räumliche
Trennung herbeigeführt werden kann.
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Bei
der Fördervorrichtung gemäß 1 ist die
vom Fluidreservoir 15 abgehende Fluidleitung 14 am
Ende eines am Fluidreservoir 15 angeschlossenen Leitungsabschnitt 143 in
zwei Leitungszweige 141 und 142 aufgeteilt und
die Wärmetransferstelle 18 als Mischkammer 20 ausgeführt,
in der die beiden Leitungszweige 141 und 142 münden.
Der Ausgang der Mischkammer 20 ist an dem mit dem Saugeingang 12 der
Förderpumpe 11 verbundenen Leitungsabschnitt 145 der
Fluidleitung 14 angeschlossen. Im Leitungszweig 141 ist
die Wärmequelle 17 angeordnet. Bei dieser konstruktiven
Ausbildung der Fördervorrichtung wird von dem aus dem Fluidreservoir 15 nachströmenden
Fluid über den Leitungszweig 141 ein Teilstrom
abgezweigt, der durch die Wärmequelle 17 erwärmt
und in der Mischkammer 20 wieder mit dem aus dem Fluidreservoir 15 nachströmenden
Fluid vereint wird. Durch die Erwärmung des abgezweigten
Teilstroms wird das Fluid vorverdampft, so dass volatile Gaskomponenten
aus dem Fluid ausdampfen. Diese werden gegen die Fluidströmung über
den Leitungszweig 141 und dem Leitungsabschnitt 143 der
Fluidleitung 14 in das Fluidreservoir 15 abgeführt, so
dass damit der Gasaustritt 19 realisiert ist. In 1 ist
der Strom der im Leitungszweig 141, Leitungsabschnitt 143 und
im Fluidreservoir 15 aufsteigende Glasblasen 37 durch
kleine Kreise symbolisiert. Der vorerwärmte Teilstrom wird
in der Mischkammer 20 dem aus dem Fluidreservoir 15 nachströmenden
kühleren Fluid zugemischt, wodurch auch in der Mischkammer 20 aus
dem Mischstrom Gaskomponenten verdampfen und wiederum über
den Leitungszweig 141 in das Fluidreservoir 15 abgeführt werden.
Hierzu liegt die Mündungsstelle des Leitungszweigs 141 in
der Mischkammer 20 oberhalb der Mündungsstelle
des Leitungszweigs 142 und zweckmäßigerweise
an der obersten Stelle der Mischkammer 20. Durch das Ausdampfen
der Gaskomponeten wird dem Fluid Enthalpie entzogen, so dass die
Temperatur des Fluids deutlich unter seine Siedetemperatur, bei
der die Gaskomponenten üblicherweise ausdampfen, abgesenkt
wird. Damit kann das Fluid dem in der Förderpumpe 11 erzeugten
Unterdruck ausgesetzt werden, ohne dass weitere Gaskomponente durch
die Druckabsenkung ausdampfen.
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Die
in 2 schematisiert dargestellte Fördervorrichtung
unterscheidet sich von dem zu 1 beschriebenen
Ausführungsbeispiel der Fördervorrichtung dadurch,
dass die als Kolbenpumpe ausgebildete Förderpumpe 11 in
einer Vorkammer 21 angeordnet ist, in der auch die Mischkammer 20 integriert ist.
Die Kolbenpumpe weist in bekannter Weise eine in einem Pumpenkörper 22 ausgebildete
Pumpenkammer 23 auf, die über je ein Rückschlagventil 24, 25 mit
dem Saugeingang 12 und dem Druckausgang 13 in
Verbindung steht. Die Pumpenkammer 23 wird von einem Pumpenkolben 26 begrenzt,
der von einem Elektromagneten 27 mit Magnetspule 28 und
mit am Pumpenkolben 26 befestigtem Magnetanker 29 in
einer Hubbewegung antreibbar ist. Die Vorkammer 21 ist
mit einem Zulauf 30 für das aus dem Fluidreservoir 15 über
die Fluidleitung 14 nachströmende Fluid versehen.
Die Vorkammer 21 ist so ausgebildet, dass im Zulauf 30 ein
erster Teilstrom 31 direkt in einen im unteren Bereich
der Vorkammer 21 unterhalb der Magnetspule 28 zwischengespeicherten
Fluidsumpf 33 geführt ist und ein zweiter Teilstrom 32 durch
den hohlen Pumpenkörper 22 und in den Pumpenkörper 22 eingebrachte
Radialöffnungen 34 ebenfalls dem Fluidsumpf 33 zugeführt
ist. Damit ist aus dem über die Fluidleitung 14 zuströmenden
Fluid ein Teilstrom (Teilstrom 31) abgezweigt und in der durch
den Fluidsumpf 33 realisierten Mischkammer 20 wieder
in das aus dem Fluidreservoir 15 über den Zulauf 30 nachströmende
Fluid zurückgeführt. Da der Saugeingang 12 der
Förderpumpe 11 ebenfalls im Fluidsumpf 33 liegt,
ist auch hier – wie bei der Fördervorrichtung
in 1 – die in der Vorkammer 21 integrierte
Mischkammer 20 in Strömungsrichtung des Fluids
gesehen stromaufwärts des Saugeingangs 12 angeordnet.
Der Durchtritt des zweiten Teilstroms 32 durch den hohlen
Pumpenkörper 22, in dem der Magnetanker 29 geführt
ist, wird dadurch ermöglicht, dass der Magnetanker 29 mit
Axialnuten 35 versehen ist. Beim Durchfluss durch den Pumpenkörper 22 wird
der zweite Teilstrom 32 durch die von der Magnetspule 28 abgegebene
Verlustleistung erwärmt, so dass die Magnetspule 28 zugleich
die Wärmequelle 17 darstellt. Der erwärmte
Teilstrom 32 vermischt sich im Fluidsumpf 33 mit
dem ersten Teilstrom 31, bevor das Fluid von der Kolbenpumpe über
den Saugeingang 12 angesaugt wird. Durch das Erwärmen des
Fluids dampfen wiederum volatile Gaskomponenten aus dem Fluid aus,
die im oberen Bereich der Vorkammer 21 aufgestaut werden,
wodurch der Fluidsumpf 33 soweit abgesenkt wird, dass er
nicht in unmittelbarem Wärmekontakt zur Magnetspule 28 gelangt.
Dadurch ist auch hier die Mischkammer 20 als Wärmetransferstelle 18 zwischen
den beiden Teilströmen 31, 32 thermisch
von der die Wärmequelle 17 bildenden Magnetspule 28 entkoppelt.
Die ausdampfenden Gaskomponenten werden über den in der
Vorkammer 21 angeordneten Gasaustritt 19 aus der
Vorkammer 21 abgeführt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
sind der Gasaustritt 19 und der Zulauf 30 für
das Fluid in einem gemeinsamen Anschlussstutzen 36 der
Vorkammer 21 integriert, an dem die Fluidleitung 14 angeschlossen
ist. Dadurch werden die Gaskomponenten, die in 2 durch Gasblasen 37 symbolisierende
Kreise angedeutet sind, wiederum über die Fluidleitung 14 in
das Fluidreservoir 15 abgeführt.
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Bei
dem in 3 schematisiert skizzierten Ausführungsbeispiel
der Fördervorrichtung ist die Wärmetransferstelle 18 als
Wärmetauscher 38 mit zwei durch eine wärmeleitende
Wand 381 getrennten Kammern 382 und 383 ausgebildet.
Jede Kammer 382, 382 weist einen Fluideinlass 39 und
einen Fluidauslass 40 auf. Der Fluideinlass 39 der
ersten Kammer 382 ist über einen ersten Leitungsabschnitt 143 der
Fluidleitung 14 an dem Fluidreservoir 15 und der Fluidauslass 40 der
zweiten Kammer 383 ist über einen dritten Leitungsabschnitt 145 der
Fluidleitung 14 an dem Saugeingang 12 der Förderpumpe 11 angeschlossen.
Der Fluidauslass 40 der ersten Kammer 382 und
der Fluideinlass 39 der zweiten Kammer 383 sind über
einen zweiten Leitungsabschnitt 144 der Fluidleitung 14 miteinander
verbunden. Der zweiten Leitungsabschnitt 144 der Fluidleitung 14 ist
mit dem Gasaustritt 19 versehen und an der Wärmequelle 17 vorbeigeführt.
Die Anordnung der Fluidein- und Fluidauslässe 39, 40 der
beiden Kammern 382, 383 ist so getroffen, dass
der in der ersten Kammer 382 vom Fluideinlass 39 zum
Fluidauslass 40 fließende Primärstrom
dem in der zweiten Kammer 383 vom Fluideinlass 39 zum
Fluidauslass 40 fließenden Sekundärstrom
entgegengerichtet ist. Der Primärstrom wird dabei von dem
aus dem Fluidreservoir 15 nachströmenden Fluid
und der Primärstrom von dem von der Wärmequelle 17 erwärmten
Fluid gebildet. Bei dieser Fördervorrichtung wird der gesamte
Fluidstrom ungeteilt zunächst durch den Wärmetauscher 38 geleitet.
Danach wird der Fluidstrom an der Wärmequelle 17 erwärmt.
Das erwärmte Fluid wird anschließend in die zweite
Kammer 383 des Wärmetauschers 38 geführt
und gibt dort über die Wand 381 Wärme
an die gegenüberliegende erste Kammer 382 des
Wärmetauschers 38 ab. In der ersten Kammer 382 wird
dadurch Fluid vorverdampft und entzieht dem Fluid in der zweiten
Kammer 383 Wärme durch Verdampfungsenthalpie.
In der zweiten Kammer 383 wird dadurch Fluid unter seine
Siedetemperatur abgekühlt. Das abgekühlte Fluid
gelangt zum Saugeingang 12 der Förderpumpe 11.
Diese Fördervorrichtung gemäß 3 hat
gegenüber der zu 1 beschriebenen
Fördervorrichtung den Vorteil, dass der gesamte Fluidstrom
abgekühlt wird und nicht nur ein Teilstrom, so dass die
insgesamt erzielbare Temperatur des den Saugeingang 12 der
Förderpumpe 11 zuströmenden Fluids niedriger
ist.
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Die
in 4 schematisiert skizzierte Fördervorrichtung
gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von der in 3 skizzierten und
vorstehend beschriebenen Fördervorrichtung dadurch, dass
die Förderpumpe 11 und der die Wärmetransferstelle 18 darstellende
Wärmetauscher 38 in einer Vorkammer 21 angeordnet
sind, die mit einem Zulauf 30 für das Fluid und
dem Gasaustritt 19 versehen ist. Der Zulauf 30 ist
nahe dem Boden der Vorkammer 21 und der Gasaustritt 19 entgegengesetzt
im obersten Bereich der Vorkammer 21 angeordnet. Beiden
ist ein axial an der Vorkammer 21 sich erstreckender Verbindungsschacht 45 vorgeordnet, an
dem ein Anschlussstutzen 36 ausgebildet ist, der an die
zum Fluidreservoir 15 führende Fluidleitung 14 angeschlossen
ist, so dass einerseits über die Fluidleitung 14 Fluid
aus dem Fluidreservoir 15 zum Zulauf 30 srömt
und andererseits die aus dem Fluid ausdampfenden Gaskomponenten,
die sich im oberen Bereich der Vorkammer 21 sammeln und über den
Gasaustritt 19 und die Fluidleitung 14 wieder
in das Fluidreservoir 15 gelangen. Dieser Gasstrom ist in 4 wiederum
durch Gasblasen 37 symbolisiert. Wie bei dem Ausführungsbeispiel
in 2 weist die Förderpumpe 11 einen
Pumpenkörper 22 auf, in dem eine Pumpenkammer 23 ausgebildet
ist, die mit dem Saugeingang 12 und dem Druckausgang 13 in
Verbindung steht. Der Saugeingang 12 und der Druckausgang 13 sind
jeweils mit einem Rückschlagventil 24, 25 verschlossen.
Die Pumpenkammer 23 wird von einem Pumpenkolben 26 begrenzt,
der von einem Elektromagneten 27 mit Magnetspule 28 und Magnetanker 29 zur
Hubbewegung antreibbar ist. Der Saugeingang 12 der Förderpumpe 11 ist
in dem in der Vorkammer 21 gespeicherten Fluidsumpf 33 angeordnet,
während der Druckausgang 13 z. B. in den Luftansaugtrakt
einer Brennkraftmaschine hineinragt.
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Der
in der Vorkammer 21 integrierte Wärmetauscher 38 wird
dadurch realisiert, dass in die Vorkammer 21 eine Hülse 41 aus
wärmeleitendem Material koaxial zum Pumpenkörper 22 so
eingesetzt ist, dass sie sich vom Grund der Vorkammer 21 bis
zur Magnetspule 28 erstreckt. Diese Hülse 41 bildet
in der Vorkammer 21 zusammen mit deren Kammerwand einen
den Zulauf 30 aufweisenden äußeren Ringraum 42 und
mit dem Pumpenkörper 22 einen den Saugeingang 12 aufnehmenden
inneren Ringraum 43 aus. Die beiden Ringräume 42, 43 besitzen eine
an der Magnetspule 28 vorbeiführende Verbindung,
die im Ausführungsbeispiel der 4 durch Öffnungen 44 in
der Hülse 41 realisiert ist, die in Umfangsrichtung
zueinander versetzt sind und dicht unterhalb der Magnetspule 28 eingebracht
sind. Durch diese obenliegenden Öffnungen 44 ist
die Fluidströmung im äußeren Ringraum 42 von
unten nach oben und im inneren Ringraum 43 von oben nach
unten gerichtet.
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Die
Wirkungsweise der Fördervorrichtung gemäß 4 stimmt
mit der der Fördervorrichtung in 3 überein,
wobei vorteilhaft durch die Integration von Förderpumpe 11 und
Wärmetauscher 38 in der Vorkammer 21 die
in 3 erforderliche Verschlauchung von Förderpumpe 11 und
Wärmetauscher 38 entfällt. Das über
den Zulauf 30 in den äußeren Ringraum 42 des
Wärmetauschers 38 gelangende Fluid wird von dem
Fluid im inneren Ringraum 43 vorerwärmt und entzieht
somit dem Fluid im inneren Ringraum 43 des Wärmetauschers 38 Wärme.
Durch die Verdampfung der volatilen Gaskomponenten im äußeren
Ringraum 42 wird die Siedetemperatur des Fluids entsprechend
der aufgeprägten Temperatur angehoben. Das Fluid wird an
der Magnetspule 28 weiter erwärmt, und durch die
Verdampfung wird die Siedetemperatur entsprechend der aufgeprägten Temperatur
weiter angehoben. Das über die Öffnungen 44 in
den inneren Ringraum 43 gelangende Fluid kühlt
dann im inneren Ringraum 43 ab, da ihm vom Fluid im äußeren
Ringraum 42 Wärme entzogen wird. Die Temperatur
des abgekühlten Fluids im inneren Ringraum 43 liegt
niedriger als die ihn zuvor im äußeren Ringraum 42 aufgeprägte
Siedetemperatur. Damit ist das Fluid, das am Saugeingang 12 von
der Förderpumpe 11 eingesaugt wird im unterkritischen Zustand,
so dass der beim Einsaugen des Fluids entstehende Unterdruck nicht
zu einem Ausdampfen weiterer Gaskomponenten führt. Die
beim Erwärmen des Fluids im äußeren Ringraum 42 ausdampfenden Gaskomponenten
sammeln sich im oberen Bereich der Vorkammer 21 und werden
von dort über den Gasaustritt 19 abgeleitet. Um
die Gasabfuhr weniger stark zu behindern, hat der äußere
Ringraum 42 eine deutlich größere Ringraumbreite
als der innere Ringraum 43. Auch hier wird durch das im
oberen Bereich der Vorkammer 21 sich bildende Gaspolster
der Fluidsumpf 33 nach unten gedrückt, so dass
der in der Vorkammer 21 gebildete Wärmetauscher 38 von der
die Wärmequelle 17 bildenden Magnetspule 28 thermisch
getrennt ist.
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Um
den Wirkungsgrad des Wärmetauschers 38 zu verbessern,
wird die zylindrische Hülse 41 aus einem Wellblech
hergestellt, wie dies in der Schnittzeichnung der 5 zu
sehen ist. Dadurch wird die Oberfläche der die Wand 381 des
Wärmetauschers 38 bildenden Hülse 41 deutlich
vergrößert, und der Wärmeaustausch zwischen
dem in dem äußeren Ringraum 42 fließenden
Primärstrom und dem in dem inneren Ringraum 43 fließenden
Sekundärstrom erheblich verbessert.
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Bei
der in 6 schematisiert skizzierten Fördervorrichtung
als weiteres Ausführungsbeispiel ist aus dem dem Saugeingang 12 der
Förderpumpe 11 zuströmenden Fluid ein
Teilstrom abgezweigt und über die Wärmequelle 17 geführt.
Die Wärmetransferstelle 18 ist wiederum als Mischkammer 20 ausgebildet,
die stromaufwärts der Abzweigstelle angeordnet ist und
in der der abgezweigte Teilstrom in das aus dem Fluidreservoir 15 nachströmende
Fluid rückgeführt wird. Dadurch ist eine Zirkulationsschleife
von der Wärmequelle 17 über die Mischkammer 20 zurück
zur Wärmequelle 17 geschaffen, in dem ein Fluidstrom
zirkuliert. Um diese Zirkulation zu erzeugen sind die Abzweigstelle
und die Wärmequelle 17 in einer stromaufwärts
des Saugeingangs 12 der Förderpumpe 11 liegenden
Kammer 46 zusammengefasst, die einen am Kammergrund mündenden
Einlass 47 für das aus der Mischkammer 20 zuströmende
Fluid und einen Auslass 48 für den an der Wärmequelle 17 erwärmten
Teilstrom aufweist. Der Auslass 48 ist über die
Rückführleitung 49 mit der Mischkammer 20 verbunden,
so dass der an der Wärmequelle 17 erwärmte
Teilstrom wieder dem vom Fluidreservoir 15 in die Mischkammer 20 nachströmenden
Fluid zugemischt wird. Sowohl die Kammer 46 als auch die Mischkammer 20 sind
mit je einem Gasaustritt 50, 51 für die
aus dem Fluid ausdampfenden, volatilen Gaskomponenten versehen.
Die von diesen gebildeten Gasblasen 37 sind in 6 wiederum
als kleine Kreise symbolisiert. Der Gasaustritt 50 ist
mit dem Auslass 48 der Kammer 46 und der Gasaustritt 51 mit dem
Zulauf 52 der Mischkammer 20 zusammengefasst,
der über die Fluidleitung 14 an dem Fluidreservoir 15 angeschlossen
ist. Weitere Leitungsabschnitte der Fluidleitung 14 verbinden
die Mischkammer 20 mit der Kammer 46 und die Kammer 46 mit
dem Saugeingang 12 der Förderpumpe 11,
an deren Druckausgang 13 wiederum die Druckleitung 16 angeschlossen
ist. Die Rückführleitung 49 ist über
eine Entgasungsleitung 53 an den oberen Bereich des Fluidreservoirs 15 angeschlossen,
so dass die die Zirkulation des Fluidstroms herbeiführenden
Dampfblasen 37, die sich in der Kammer 46 durch
Ausdampfen der volatilen Gaskomponenten bilden, über die
Entgasungsleitung 53 in das Fluidreservoir 15 entweichen
können. Die beim weiteren Verdampfen des Fluids in der
Mischkammer 20 entstehenden und über den Gasaustritt 19 austretenden
volatilen Gaskomponenten strömen über die Fluidleitung 14 in
das Fluidreservoir 15 und gelangen ebenfalls in den Bereich
des Fluidreservoirs 15 oberhalb des Fluidspiegels. Auch
bei dieser Fördervorrichtung werden – wie bei
der Fördervorrichtung in 1 – Fluidströme
unterschiedlicher Temperaturen in der Mischkammer 20 vereinigt,
wodurch das aus der Mischkammer 20 austretende Fluid, das
der Förderpumpe 11 zugeführt wird, eine
Temperatur aufweist, die deutlich niedriger ist als die Siedetemperatur
des Fluids, so dass das Fluid an der Saugseite der Förderpumpe 11 mit
einem Unterdruck belastet werden kann, ohne dass volatile Gaskomponenten
ausdampfen und den Saugraum der Förderpumpe 11 besetzen.
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Die
in 7 schematisiert skizzierte Fördervorrichtung
als weiteres Ausführungsbeispiel hat die gleiche Wirkungsweise
wie die zu 6 beschriebene Fördervorrichtung.
Durch Integration von Förderpumpe 11, Mischkammer 20,
Wärmequelle 17 und Abzweigstelle für
den Fluidteilstrom in einer gemeinsamen Baueinheit entfällt
die aufwendige Verschlauchung der Fördervorrichtung gemäß 6.
Das Fluidreservoir 15 ist über die Fluidleitung 14 an
einer Vorkammer 21 angeschlossen, in der einerseits die Förderpumpe 11 aufgenommen
ist und andererseits die Abzweigstelle des Förderstroms
mit Wärmequelle 17 und die Mischkammer 20 realisiert
sind. Wie in dem Ausführungsbeispielen der 2 ist
die Vorkammer 21 mit dem Gasaustritt 19 und dem
Zulauf 30 für das über die Fluidleitung 14 nachströmende Fluid
versehen. Gasaustritt 19 und Zulauf 30 sind wiederum
in einem Anschlussstutzen 36 zusammengefasst, an dem die
Fluidleitung 14 angeschlossen ist. Die Förderpumpe 11 ist
wiederum als Kolbenpumpe mit elektromagnetischem Antrieb ausgebildet.
Sie weist einen Pumpenkörper 22 auf, in dem eine
Pumpenkammer 23 ausgebildet ist, die mit dem Saugeingang 12 und
dem Druckausgang 13 in Verbindung steht. Saugeingang 12 und
Druckausgang 13 sind jeweils mit einem Rückschlagventil 24, 25 verschlossen.
Der Saugeingang 12 ist so gelegt, dass er in einem im unteren
Bereich der Vorkammer 21 gespeicherten Fluidsumpf 33 liegt.
Zur Realisierung von Mischkammer 20 und Abzweigstelle wird der über
die Wärmequelle 17 geführte Teilstrom
vom Förderstrom der Kolbenpumpe abgezweigt und über die
als Wärmequelle 17 herangezogene Magnetspule 28 wieder
in die Vorkammer 21 rückgeführt. Hierzu weist
die Pumpenkammer 23 einen zweiten Druckausgang 54 auf,
der in der Vorkammer 21 oberhalb des Fluidsumpfs 33 mündet
und mit einem Abspritzventil 55 verschlossen ist. Die Abspritzöffnung
des Abspritzventils 55 ist dabei so ausgerichtet, dass über
das Abspritzventil 55 abgespritztes Fluid gegen die Magnetspule 28 gespritzt
wird, von wo es dann in den Fluidsumpf 33 abfließt,
wie dies in 7 durch die strichlinierten
Pfeile 56 symbolisiert ist.
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Bei
Betrieb der Fördervorrichtung wird von der Förderpumpe 11 Fluid
aus dem Fluidsumpf 33 in die Pumpenkammer 23 angesaugt.
Beim anschließenden Förderhub des Pumpenkolbens 26 wird
ein Teil des in der Pumpenkammer 23 vorhandenen Fluidvolumens über
das Abspritzventil 55 abgespritzt, und zwar solange der
Pumpenkolben 26 den zweiten Druckausgang 54 noch
nicht verschlossen hat. Das gegen die Magnetspule 28 abgespritzte
Fluid wird von der Magnetspule 28 erwärmt, wobei
volatile Gaskomponenten aus dem Fluid austreten und sich in der
Vorkammer 21 oberhalb des Fluidsumpfs 33 sammeln.
Das an der Magnetspule 28 erwärmte Fluid fällt
zurück in den Fluidsumpf 33, wo es sich mit über
den Zulauf 30 nachströmendem Fluid mischt. Der
Fluidsumpf 33 kühlt sich unter seine Siedetemperatur
ab und wird von der Förderpumpe 11 eingesaugt.
Beim nächsten Förderhub des Pumpenkolbens 26 wird
wieder ein Teilvolumen des Fluids aus der Pumpenkammer 23 erneut
zur Magnetspule 28 geleitet, womit sich der Zirkulationskreislauf
schließt. Der Fluidsumpf 33 ist hier genügend
weit von der Magnetspule 28 entfernt, da er durch den Gasaufstau der
Gaskomponenten oberhalb des Fluidsumpfes 33 nach unten
gedrückt wird, womit Wärmequelle 17 und
Wärmetransferstelle 18, die hier von dem die Mischkammer 20 darstellenden
Fluidsumpf 33 gebildet ist, wiederum thermisch entkoppelt
sind. Die oberhalb des Fluidsumpfs 33 angesammelten Gaskomponenten
strömen über den Gasaustritt 19 im Anschlussstutzen 36 und
die Fluidleitung 14 in das Fluidreservoir 15,
was in 7 durch die als Kreise angedeuteten Gasblasen 37 symbolisiert
ist.
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Bei
allen vorstehend beschriebenen Fördervorrichtungen kann
das Abführen der aus dem Fluid ausdampfenden Gaskomponenten
auch direkt in das Saugrohr eines Ansautraktes einer Brennkraftmaschine
erfolgen, so dass diese wieder dem Verbrennungsprozess zugeführt
werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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