DE2839243A1 - System zur rezirkulation von dichtfluessigkeit, insbesondere fuer einen stirling-motor - Google Patents

System zur rezirkulation von dichtfluessigkeit, insbesondere fuer einen stirling-motor

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Description

Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zur Rezirkulation bzw. Rückführung von aus einer Flüssigkeitsdichtung eines Stirling-Motors ausgetretener Dichtflüssigkeit in die Flüssigkeitsdichtung bzw. den entsprechenden Abschnitt der Flüssigkeitsdichtung.
Stirling-Motoren haben in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. Der Grund hierfür liegt darin, daß sich diese Motoren durch eine hohe Drehmoment-Charakteristik, saubere Abgase, geringe Geräuschentwicklung, niedrigen Kraftstoffverbrauch, einfache Wartung und große Lebensdauer, verglichen mit den herkömmlichen Verbrennungsmotoren auszeichnen.
Ferner ist der thermische Wirkungsgrad eines Stirling-Motors gleich oder größer als derjenige eines Verbrennungsmotors, weil bei einem Stirling-Motor Wasserstoff oder Helium als Arbeitsmedium statt Luft verwendet wird. Dadurch wird die Temparaturausnutzung des thermischen Wärmeaustauschers erheblich verbessert.
Da jedoch Wasserstoff oder Helium als Arbeitsmedium eine relativ kleine Molekularstruktur aufweisen, ist es sehr schwierig, eine richtige Abdichtung in einem Stirling-Motor zuerzielen. Dementsprechend besitzen Stirling-Motoren hohe Leckraten in den Dichtflächen zwischen der Zylinderwand und der Kolbenstange.
Die herkömmlichen sogenannten "roll sox"-Dichtungen sind einigermaßen wirkungsvoll, aber Ihre Lebensdauer ist aufgrund des gewählten Materials niedrig.
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In letzter Zeit wurden mehrfach Dichtringe verwendet, die als zusammengesetzte Dichtung mit einem Blockdichtungsabschnitt und einem Flüssigkeitsdichtungsabschnitt ausgebildet sind, um die Beständigkeit bzw. die Lebensdauer zu steigern.
Jodoch blieb das Leckproblem in dem Flüssigkeitsdichtungsabschnitt bestehen.
Versuehe zur Lösung dieses Problems haben bisher nicht zu einem geeigneten Mechanismus geführt. Es blieb also das Leckproblem bestehen und man mußte eine derartige Leckage bei den genannten Motoren in Kauf nehmen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zu schaffen, mittels dem die aus dem Flüssigkeitsdichtungsteil der zusammengesetzten Dichtung ausgetretene Dichtflüssigkeit wieder zurückgeführt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind zwei Pumpeneinrichtungen vorgesehen, von denen jede einen Zylinder und einen Kolben aufweist, der jeden Zylinder in zwei Kammern aufteilt. In einer der beiden Kammern einer jeden Pumpe ist eine Feder vorgesehen, wobei in diese Kammer jeweils das Arbeitsgas bzw. das Arbeitsmedium, das von dem Blockdichtungsteil stammt, eingeleitet wird.
Die zweiten Kammern einer jeden Pumpe stehen selektiv mit einem Flüssigkeitstank in Verbindung, in dem die ausgetretene Dichtflüssigkeit gesammelt wird. Diese Verbindung zu dem Flüssigkeitsdichtungsabschnitt ist mit einem elektromagnetischen Ventil versehen, das durch ein Signal aus der zweiten Kammer betätigt wird, mit der Folge, daß ausgetretene
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Dichtflüssigkeit in eine der zweiten Kammern eingeleitet wird, wobei Dichtflüssigkeit, die sich in der anderen zweiten Kammer befindet, zu dem Flüssigkeitsdichtungsabschnitt zurückgeführt wird.
Die vorliegende Erfindung stellt ein vorteilhaftes System zur Rückführung von Dichtflüssigkeit zu dem Flüssigkeitsdichtungsabschnitt einer zusammengesetzten Dichtung für einen Stirling-Motor dar.
Das erfindungsgemäße System schafft eine vorteilhafte Einrichtung, die wirkungsvoller als die vorbekannten Einrichtungen ist und die die wirtschaftliche Verwendung eines Stirling-Motors fördert.
Bevorzugte Ausbildungsformen der Erfindung sollen nun anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen beschrieben werden.
Es zeigen:
Fig. 1 - eine schematische Darstellung eines Systems zur Rückführung von ausgetretener Dichtflüssigkeit zu dem Flüssigkeitsdichtungsteil, das vorzugsweise in einem Stirling-Motor benutzt wird und
Fig. 2 - einen elektrischen Schaltkreis zur Betätigung eines elektromagnetischen Ventils.
In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 2 einen Blockdichtungsabschnitt, der eine Leckage des typischerweise verwendeten Arbeitsfluids bzw. Arbeitsmediums Wasserstoff oder Helium verhindern soll. Unter der Blockdichtung 2 ist eine Flüssigkeitsdichtung 3 angeordnet, die zur Abdichtung der Dichtflüssigkeit Dichtelemente 31,32 aufweist.
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Die Dichtflüssigkeit besteht aus einem herkömmlichen öl oder dergleichen. Die Bezugsziffern 4 und 5 bezeichnen eine erste und zweite Kolbenpumpeneinrichtung.
Die erste und die zweite Pumpe 4 und 5 weisen jeweils im Zylinder 6,6' angeordnete Kolben 61,61* auf, die den Zylinder jeweils in zwei Kammern A,B und A1 und B1 teilen. Die Kammern A,A1 sind mit Federn 7,7' versehen. Ferner wird über ein Rohr bzw. eine Leitung 8 in diese Kammern die Arbeitsflüssigkeit bzw. das Arbeitsmedium eingeleitet.
Die Kammern B,B' dienen zum Empfang und zur Lieferung von Dichtflüssigkeit, die aus der FlüssigkeitsdicHung 3 ausgetreten ist. Wie in Figur 1 gezeigt ist, wird die aus der Flüssigkeitsdichtung 3 austretende Dichtflüssigkeit über eine Leitung bzw. ein Rohr 9 in einem Tank 10 gesammelt und die gesammelte bzw. gespeicherte Flüssigkeit über die Leitungen bzw. Rohre UO und 41 in die Kammern B,B1 geleitet, wenn durch Betätigung von in den Kammern B5B1 angeordneten Kontakten 14,14' ein elektromagnetisches Ventil 15 erregt worden ist.
Zum besseren Verständnis ist die elektrische Schaltung für das Ventil 15 in der Fig. 2 dargestellt. In die Kammern B,B' kann die Flüssigkeit entweder alternierend oder durch selektive Schaltung des Ventils 15 eingeleitet werden.
Die Leitung bzw. das Rohr 12 dient zur Zuführung von ausgetretener Dichtflüssigkeit aus dem Tank 10, entweder in die Kammer B oder in die Kammer B', wobei die Zuführung mittels einer Pumpe 11 über das Ventil und die Leitungen 40 bzw. 41 erfolgt.
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Die Leitung bzw. das Rohr 13 dient zur Abführung der Dichtflüssigkeit aus einer der Kammern B oder B' zu der Flüssigkeitsdichtung bzw. dem Flüssigkeitsdichtungsabschnitt 3.
Die Figur 2 zeigt eine elektrische Schaltung zur Betätigung der Kontakte 14,1H' und des elektromagnetischen Ventils 15, das in der Fig. 1 ebenfalls gezeigt ist.
Das Ventil ist in Fig. 1 schematisch dargestellt. Im wesentlichen ermöglicht das Ventil 2 Verbindungen. In einer ersten Stellung sind die Einlaßleitung 12 mit der Leitung Ul und die Auslaßleitung 13 mit der Leitung UO verbunden. Diese Stellung ist in Fig. 1 gezeigt. Für eine zweite Schaltung bzw. Stellung und Verbindung zwischen den genannten Leitungen wird das Ventil so verschoben, daß die schematisch dargestellte Kreuzverbindung entsteht, bei der die Einlaßleitung 12 mit der Leitung UO und die Auslaßleitung 13 mit der Leitung; Ul verbunden sind.
Derartige Ventile sind allgemein bekannt und als fertige Einheit auf dem Markt erhältlich. Eine der Elektroden 50 des elektomagnetischen Ventils 15 ist mit der ersten und der zweiten Pumpe U,5 elektrisch verbunden. Wenigstens einer der Dichtungsringe 62,62' in der ersten und der zweiten Pumpe U,5 ist als elektrisch leitender Metalldichtungsring ausgebildet, so daß der Kolben einen Teil der Elektrode bildet.
Die Kontakte IU5IU' sind gegenüber den Kammern B5B' durch Isolierungen 16,16' isoliert, sO daß die elektrische VerbindunPzwischen den Kontakten und den Zylindern 6,6' unterbrochen ist.
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Die Kontakte 14,14' sind über ein Halterelais, das mit der Elektrode 52 verbunden ist, mit dem Elektroventil 15 verbunden.
Die ausgetretene Dichtflüssigkeit wird der Kammer B1 der zweiten Pumpe 5 mittels der Pumpe 11 zugeführt, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Gleichzeitig wird vorher zugeführte Dichtflüssigkeit in der Kammer B der ersten Pumpe 4 in die Flüssigkeitsdichtung 3 durch die Vorspannkraft der Feder 7 und durch den Druck des ausgetretenen Arbeitsgases in der Kammer 8 abgeführt.
Wenn die ausgetretene Dichtflüssigkeit in der Kammer B vollkommen abgeführt worden ist, d. h. wenn der Kolben seinen unteren Todpunkt erreicht hat, vird der Kontakt betätigt, der über das Halterelais 17 das elektromagnetische Ventil 15 erregt bzw. betätigt. Die Ventilstellung verschiebt sich wie schematisch in Fig. 1 gezeigt ist. Auf diese Weise wird das Rohr bzw. die Leitung 12 mit der Leitung 40 verbunden, so daß ausgetretene Flüssigkeit in die Kammer B eingeleitet wird.
Ferner wird das Rohr bzw. die Leitung 13 mit der Leitung verbunden, so daß aus der Kammer B' Flüssigkeit abgeführt werden kann.
Wenn die Flüssigkeit aus der Kammer B1 vollständig abgeführt wordenist, d. h. wenn der Kolben 61' den unteren Todpunkt erreicht hat, wird der Kontakt 14' betätigt, der das elektromagnetische Ventil in seine ursprüngliche Lage, die in Fig. dargestellt ist, schaltet. Diese Arbeiten bzw. Arbeitsschritte werden wiederholt ausgeführt, so daß kontinuierlich ausgetretene Dichtflüssdgkeit in die Flüssigkeitsdichtung zurückgeführt wird.
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Es ist auch möglich als elektrische Kontakte sogenannte Abstandsschalter zu verwenden. Ferner ist vorzugsweise
um ft
eine Schaltung vorgesehen, /die Pumpe 11 stillzusetzen, wenn die erste oder zweite Pumpe mit Flüssigkeit voll gefüllt ist.
In diesem Fall ist vorzugsweise ein by-pass 4 2 vorgesehen, über den die Flüssigkeit in den Flüssigkeitsspeicher 10 zurückgeführt werden kann, wenn die erste oder zweite Pumpe mit Flüssigkeit voll gefüllt ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich also auf ein System zur Rückführung von Dichtflüssigkeit in eine Flüssigkeitsdichtung eines Stirling-Motors. Das System besitzt zwei Pumpen, die wechselweise an einen Speicherbehälter angeschlossen sind, um die ausgetretene bzw. durch Leckage verloren gegangene Flüssigkeit aufzunehmen und in die Flüssigkeitsdichtung zurückzufordern.
Wenn die Flüssigkeit sich ansammelt, wird sie selektiv in eine Pumpe bzw. Pumpeneinrichtung gepumpt, während
ab die andere Pumpe vorher aufgenommene Flüssigkeit/führt. Dann wird das System so geschaltet, daß die zwei Pumpen umgekehrt arbeiten.
Alle in den Unterlagen offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung werden als Erfindung wesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
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L e e r s e
rf e

Claims (9)

Patentansprüche
1.)System zur Rezirkulation von aus einer Flüssigkeitdichtung austretender Sperr- bzw. Dichtflüssigkeit, gekennzeichnet durch
a) eine erste (4) und eine zweite (5) Pumpe mit jeweils einer zu einer Kammer (B, B1) jeder Pumpe führenden Leitung (40,41),
b) einen Flüssigkeitsspeicher (10) zur Speicherung von Dichtflüssigkeit, und
c) ein Ventil (15) zur selektiven Verbindung einer der Pumpen (4 oder 5) mit dem Speicher (10) über eine der genannten Leitungen (40 oder 41), wobei simultan die andere Pumpe (4 oder 5) über die andere Leitung (41 oder 40) mit der Flüssigkeitsdichtung (3) verbunden ist.
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INSPECTEP
2. System nach Anspruch 1, wobei die Flüssigkeitsdichtung Teil einer Mehrfachdichtung bzw. eines Mehrfachdichtringes in einem Stirling-Motor ist, gekennzeichnet durch eine Verbindung (9) zwischen der Mehrfachdichtung (3) und dem Flüssigkeitsspeicher (10), um die aus der Flüssigkeitsdichtung austretende Dichtflüssigkeit in dem Flüssigkeitsspeicher (10) zu sammeln.
3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Pumpe jeweils einen Zylinder (6,6·) mit einem Kolben (61,61') aufweisen, wobei die Kolben (61,61') die Zylinderkammern jeweils in erste (A5A') und zweite (B5B') Kammern trennen und daß die Leitungen (4 0,41) die zweiten Kammern (B5B') mit dem Ventil (15) verbinden.
4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Kammern (A5A') jeweils Mittel zur Vorspannung (7,7') aufweisen, die die Kolben (61,61') jeweils gegen die zweiten Kammern (B5B') drücken und daß die ersten Kammern (A5A') jeweils Einlasse (8) aufweisen, die zur Zufuhr des Arbeitsmediums zu den ersten Kammern dienen.
5. System nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Steuerorgane zur Betätigung des Ventils (15).
6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerorgane aus in den zweiten Kammern (Β,Β1) angeordneten Sensoren (14,14'), die anzeigen, daß die Kolben (61,61') jeweils eine vorbestimmte Weggrenze erreicht haben, und aus einem auf die Sensoren ansprechenden Relais (17) bestehen, wodurch die Stellung des Ventils (15) selektiv schaltbar ist.
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7. System nach _Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Lieferpumpe (11) aufweist, die Dichtflüssigkeit aus dem Flüssigkeitsspeicher (10) zu dem Ventil (15) pumpt.
8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es Begrenzungselemente aufweist, die anzeigen, wenn die zweiten Kammern (B9B') jeweils mit Dichtflüssigkeit gefüllt sind.
9. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Schalter für das Ventil (15) aufweist, um die Verbindung zwischen der ersten oder zweiten Pumpe und dem Flüssigkeitsspeicher oder der Flüssigkeitsdichtung umzuschalten.
10» System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter in der ersten und zweiten Pumpe jeweils einen Sensor, der bestimmt bzw. anzeigt, wenn Dichtflüssigkeit aus einer entsprechenden Kammer der Pumpen gepumpt worden ist, und ein auf den Sensor ansprechendes Relais aufweist, um das Ventil (15) zu schalten.
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DE2839243A 1977-09-10 1978-09-08 System zur Rezirkulation von aus einer Flüssigkeitsdichtung austretender Dichtflüssigkeit Expired DE2839243C2 (de)

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