DE102015014835A1

DE102015014835A1 - Radial-Kolben-Pumpe mit Zweikreis-Hydromotor

Info

Publication number: DE102015014835A1
Application number: DE102015014835.4A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Oberzom S A; Oberzom SA
Current assignee: Oberzom S A; Oberzom SA
Priority date: 2015-11-12
Filing date: 2015-11-12
Publication date: 2017-05-18

Abstract

Radial-Kolben-Pumpe mit Zweikreis-Hydromotor dadurch gekennzeichnet, dass die Radial-Kolben-Pumpe eine Exzenterwelle 2 hat und mit den beiden Exzentern 7 im Drehmittelpunkt dreht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art, sowie einen integrierten Zweikreis-Hydromotor gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 2.
Beim Reinigen und Trennen von Fluiden und Feststoffen, beispielsweise bei der Meerwasserentsalzung (Umkehrosmose) oder Fruchtsaftherstellung, wird prozessbedingt viel Primärenergie zum Pumpen der Flüssigkeiten benötigt, wobei das entstehende Konzentrat mit relativ hohem Druck anfällt. Speziell bei der Meerwasserentsalzung ist der hohe Bedarf an Primärenergie ein Nachteil, der im Hinblick auf die hohen Energiekosten dadurch minimiert wird, dass die im Konzentrat enthaltene Energie der Pumpenleistung, über den integrierten Hydromotor direkt zur Verfügung steht und dadurch viel Primärenergie einspart.
Bei der aus der EP 0450 257 B1 bekannten Vorrichtung zur Meerwasserentsalzung und in 5 gezeigten Differentialkolben pumpt der Kolben mit der kolbenstangenfernen Seite Meerwasser, durch Ein- und Auslassventile gesteuert, über eine Membrane welche in der Umkehrosmose wirkt, wobei das Permeat unter geringem Druck und das Konzentrat mit dem hohen Systemdruck den Osmoseprozess verlässt. Dieses Konzentrat wird nun auf die Pleuelseite des Kolbens geleitet, um mittels des Restdruckes direkt beim Pumpen zu assistieren, ehe das Konzentrat im Wesentlichen drucklos abgelassen wird. Die Kurbelwellen/Pleuel-Anordnung führt nicht nur zu großer Bauanordnung, sondern bedingt z. B. aufgrund der Pleuelauslenkung eine wenig harmonische Kolbenhubbewegung, aus der weitere Leistungsverluste und Pulsationen in der gepumpten Flüssigkeit resultieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit minimalem Einsatz an Primärenergie betreibbare Vorrichtung der eingangs genannten Art, sowie eine kompakte und äußerst effiziente Radial-Kolben-Pumpe mit einem Zweikreis-Hydromotor anzugeben.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 oder des Patentanspruches 2 gelöst.
In dem Radial-Kolben-Hydromotor-Konzept in kleiner Baugröße, in pulsationsarmen Betriebsverhalten und der harmonischen Zug- und Druckkopplung in hoher Effizienz mit minimalen Verlusten ergibt sich, dass sehr wenig Primärenergie ausreicht, da die im Konzentrat enthaltene Druckenergie, über den Hydromotor umgewandelte Drehmoment, direkt dem Pumpen zur Verfügung steht. Die Zug- und Druckkopplungen führen zu einem extrem harmonischen Hubverlauf des Pumpen- und des Motorkolbens da beide über die gemeinsame Exzenterwelle verbunden sind und somit extrem lange Betriebszeiten zu erwarten sind. Die Steuerung der Einlass- und Auslassventile zur Druckkammer im Pumpenkolben erfolgt in optimaler Anpassung an den Hubverlauf zwischen Pumpen- und Motorkolben. Die Ein- und Auslassventile der Pumpkammer unterliegen den jeweiligen Saug- und Druckverhältnissen und erreichen lange Standzeiten. Das Radial-Pumpen-Hydromotor-System ermöglicht es bei der Meerwasserentsalzung, kompakte Einheiten in unterschiedlicher Baugröße für den Bedarf einzelner Gebäude oder Gruppen von Häusern zu erstellen und einzusetzen, wobei Dank des geringen Primärenergieeinsatzes Gleichstrom-Primärenergie von Sonnenkollektoren in Meerrandgebieten hohe Entsalzungsleistungen auch ohne Netzanschluss erreicht werden.
Das Radial-Kolben-Hydromotor-System ohne Pleuel ist dank der kompakten Baugröße und dem hohen Wirkungsgrad für viele Einsatzfälle geeignet bei denen unterschiedliche Restdruckverhältnisse entstehen.
Im Hinblick auf einen geräuscharmen und pulsationsarmen Lauf ist es zweckmäßig, drei oder mehr Radialkolben sternförmig regelmäßig um die Achse der Antriebswelle zu verteilen und für diese Radialkolben einen gemeinsamen Exzenter und ein gemeinsames Koppelglied vorzusehen. Dadurch lassen sich die bewegten Massen reduzieren und Bauraum vermindern wobei entlang der Antriebswelle mehrere Radialkolben-Gruppen angeordnet werden können.
Bei einer Ausführungsform weist die Einlass- und Auslassventilanordnung einen Einlassventilsitz und einen Auslassventilsitz gehäusefest auf, die radial auf der Achse der Antriebswelle ausgerichtet und koaxial sind. Diese Anordnung der Ventilsitze mit den Ventilen beansprucht nur wenig Bauraum. Die Ventilkörper werden durch nur schwache Federn auf ihren Sitzen beaufschlagt und durch Nocken (nicht dargestellt) jeweils geöffnet und geschlossen, wobei die Dichtflächen der Ventilkörper kegelig oder kugelig ausgeformt sind. Diese Ventilkörper steuern den Ein- und Auslasszugang zu dem Hydromotor-Druckraum in dem das unter Hochdruck stehende Konzentrat zur Energie-Rückgewinnung, einerseits in Richtung des Pumpenkolbens und andererseits über den eigenen, mit der Exzenterwelle der Pumpe verbundenen Exzenter, den Pumpenhub zusätzlich mit Drehmoment beaufschlagt. Zur Unterstützung des Hubanfanges und Verhinderung des Stillstandes im Unteren-Totpunktes des Pumpenkolbens ist der Hydromotor-Kolben in dem Radial-Pumpenkolben nicht koaxial, sondern in Drehrichtung in einem bestimmten Winkel radial beweglich geführt. Dadurch wird die Exzenterwelle über den Unteren-Totpunkt der Pumpbewegung gedreht, was zu einem geringeren Energieverbrauch führt.
Anhand der Zeichnung werden Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes erläutert.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Exzenterwelle
3: Pumpenkolben
4: Hydrokolben
5: Pumpenkoppelglied
6: Hydrokolbenkoppelglied
7: Pumpenexzenter
8: Hydrokolbenexzenter
9: Pumpeneinlass
10: Pumpenauslass
11: Hochdruckeinlass
12: Niederdruckauslass
13: Pumpenraum
14: Hydroraum
15: Kolbendichtung
16: Hydrodichtung
17: Trennstück

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0450257 B1 [0003]

Claims

Radial-Kolben-Pumpe mit Zweikreis-Hydromotor dadurch gekennzeichnet, dass die Radial-Kolben-Pumpe eine Exzenterwelle 2 hat und mit den beiden Exzentern 7 im Drehmittelpunkt dreht.
Radial-Kolben-Pumpe mit Zweikreis-Hydromotor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Exzentern 7 ein Exzenter 8 um 180 Grad verdreht sitzt.
Radial-Kolben-Pumpe mit Zweikreis-Hydromotor nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrokolben-Koppelglied 6 eine radiale Zug- und Druckkopplung hat.
Radial-Kolben-Pumpe mit Zweikreis-Hydromotor nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpen-Koppelglieder 7 den Pumpenkolben 3 linear Heben und Senken.
Radial-Kolben-Pumpe mit Zweikreis-Hydromotor nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Trennstück 17 die Arbeitsfunktion bestimmt.
Radial-Kolben-Pumpe mit Zweikreis-Hydromotor nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Radial-Kolben-Pumpe und der Zweikreis-Hydromotor mit verschiedenen Fluiden arbeiten kann.
Radial-Kolben-Pumpe mit Zweikreis-Hydromotor nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Achse der Exzenterwelle 2 mehrere Radial-Kolben-Pumpen mit Zweikreis-Hydromotor angeordnet sind.
Radial-Kolben-Pumpe mit Zweikreis-Hydromotor nach Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkolben 3 nur durch den Hydrokolben 4, der beim Arbeiten die Exzenterwelle 2 dreht, arbeitet.
Radial-Kolben-Pumpe mit Zweikreis-Hydromotor nach Anspruch 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass das Hochdruck-Einlassventil 11 und Hochdruck-Auslassventil 12 über einen entsprechenden Mechanismus betätigt werden.
Radial-Kolben-Pumpe mit Zweikreis-Hydromotor nach Anspruch 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Radial-Kolben-Pumpe mit einem Elektromotor und zur gleichen Zeit mit dem integrierten Zweikreis-Hydromotor betrieben wird.