DE2844719C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Tieftemperaturpumpe für Flüs­ siggas nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche Tieftemperaturpumpe ist aus dem DE-GM 17 36 638 bekannt.

Es gibt zahlreiche Pumpen für Flüssiggase, die alle Kol­ benpumpen sind, jedoch nicht vollständig zufriedenstellen. Außer der nicht immer zufriedenstellenden Wärmeisolierung und Kühlung der Wärmepumpe auf die Temperatur des Flüssig­ gases unterbrechen diese Pumpen sehr leicht das Ansaugen. An der Saugseite der Pumpe entsteht ein Unterdruck, der die Verdampfung des Flüssiggases zu einem kompressiblen Fluid begünstigt, das einen Teil der Kompressionskammer ausfüllt, was sehr schnell die Unterbrechung des Ansau­ gens herbeiführt.

Das DE-GM 17 36 638 beschreibt eine Tieftemperaturpumpe für Flüssiggas, mit einem Gehäuse, in dem in einem Zylin­ der, ein Kolben beweglich angebracht ist, der im Zylinder eine Ansaugkammer abgrenzt, die über ein Rückschlagventil mit einer Zufuhrleitung für Flüssiggas verbunden ist, ei­ ne Arbeitskammer, die der Kolben im Zylinder abgrenzt, und eine Zufuhrleitung, die mit der Kolben-Zylinder­ einheit zu deren Entgasung in Verbindung steht vorge­ sehen sind, wobei die Arbeitskammer mit einem Druckaus­ laß der Pumpe verbunden ist und wobei die Arbeitskammer über wenigstens einen mit einem Rückschlagventil ver­ sehenen, im Kolben angeordneten Kanal mit der Ansaugkam­ mer verbunden ist.

Bei dieser Flüssiggaspumpe besteht während des Betriebs die Gefahr, daß ein Teil des Flüssiggases in der Pumpe aufgrund der thermischen Belastung mit Reibungswärme in die Gasphase übergeht und in die Arbeitskammer gelangt. Dadurch kommt es gegebenenfalls, wie oben ausgeführt, zu einer Unterbrechung des Ansaugens.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Tieftempe­ raturpumpe für Flüssiggase, bei der ein möglichst gerin­ ger Gasanteil in die Arbeitskammer gelangt. Diese Aufga­ be wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt;

Fig. 2 einen vergrößerten Längsschnitt einer Einzel­ heit;

Fig. 3 einen weiter vergrößerten Längsschnitt des feststehenden Kolbens;

Fig. 4 einen Schnitt IV-IV von Fig. 3.

Die dargestellte Pumpe für Flüssiggas enthält ein Ge­ häuse 1 mit einem Deckel 2, in dem sich ein Zylinder 3 befindet. Dieser Zylinder ist verspannt zwischen ei­ ner sich am Boden des Gehäuses 1 abstützenden Feder­ scheibe 4 und einer am Deckel 2 anliegenden Dichtung 5.

Ein beweglicher Kolben 6 ist mit einer Kolbenstange 7 verbunden, die dicht im Deckel 2 gleitet und diesen durchquert, wobei der Kolben 6 den Zylinder 3 in zwei Kammern unterteilt, nämlich in eine Ansaugkammer 8 und in eine Überlaufkammer 9.

Die Ansaugkammer 8 ist über ein Rückschlagventil 10 mit einer Zufuhrleitung 11 für Flüssiggas verbunden. Das Rückschlagventil 10 besteht aus einer Scheibe, die mit einem eine Öffnung umgebenden Sitz zusammenarbeitet. Wenn der Druck in der Ansaugkammer größer als der Druck in der Zufuhrleitung 11 ist, ist das Rückschlagventil geschlossen und schließt die Zufuhrleitung für Flüssiggas.

Die Ansaugkammer 8 ist auch noch über ein eingestelltes Ventil, das eine Wirkung einer in einem Kanal 14 angeord­ neten Feder 13 unterworfen ist, mit einem Zylinder 3 umgebenden freien Raum 15 verbunden, der in freier Ver­ bindung mit einer Überlaufleitung 16 steht.

Wenn sich der Kolben 6 in seiner vorgeschobenen Stellung rechts in Fig. 1 befindet, ist die Überlaufleitung 16 über die Ansaugkammer 8 und eine in dem Zylinder 3 aus­ gebildete Öffnung 22 unmittelbar mit der Zufuhrleitung 11 verbunden. Auf diese Weise erfolgt eine vollständige Entgasung der Ansaugkammer bei jedem Hubtakt des beweg­ lichen Kolbens 6.

Das freie Ende der Kolbenstange 7 ist in üblicher Weise über einen Kurbeltrieb mit einem Rotationsmotor verbun­ den und wird hin- und hergehend angetrieben.

Die freie Seite des Kolbens 6 trägt einen zum Zylinder 3 konzentrischen Mantel 17, dessen Innenwand mit einem feststehenden Kolben 18 zusammenarbeitet, der mit einem Rohrstück 18′ verbunden ist, das starr am Boden des Ge­ häuses 1 befestigt ist und mit diesem einen dichten Durchtritt bildet. Der Mantel 17 und der feststehende Kolben 18 bilden eine Arbeitskammer 19, die über ein Kugelrückschlagventil 20 in einem das Rohrstück 18′ durchquerenden Kanal mit einer Auslaßleitung 21 verbun­ den ist.

Die den feststehenden Kolben 18 und den Mantel 17 umge­ bende Arbeitskammer 19 ist über eine Öffnung 22 in der Hülse 33 mit dem Raum 15 und folglich mit der Überlauf­ leitung 16 verbunden.

Die Abdichtung zwischen der Ansaugkammer 8 und der Über­ laufkammer 9 erfolgt durch geschlitzte, gestapelte und am Umfang des Kolbens 6 gehaltene Segmente 23. Diese Seg­ mente bestehen z. B. aus Polytetrafluoräthylen oder einem anderen, sehr niedrige Temperaturen aushaltenden Material. Die Abdichtung zwischen diesen beiden Kammern ist nicht streng vollständig und daher leicht auszuführen, und zwar umso leichter, als die Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern verhältnismäßig gering ist und etwa 1 bis 10 at beträgt.

Die Abdichtung zwischen dem feststehenden Kolben 18 und dem Mantel 17 ist schwieriger auszuführen, da eine große Druckdifferenz vorliegt, die bis zu mehreren 100 at gehen kann. Diese Abdichtung muß vollständig sein und erfolgt z. B. durch zwei geschlitzte Segmente 24, 25, die in Anla­ ge mit zwei weiteren geschlitzten konzentrischen Segmen­ ten 26, 27 gestaptelt sind und deren Schlitze 28, 29 im Winkel versetzt sind. Alle diese Segmente bestehen eben­ falls aus einem Material, das tiefsten Temperaturen von beispielsweise 100 bis 150°C unter Null widerstehen kann.

Schließlich ist die Arbeitskammer 19 mit der Ansaug- oder Vorkompressionskammer 8 über wenigstens einen Ka­ nal 30 (im vorliegenden Fall zwei Kanäle) verbunden, die durch ein Ventil verschlossen sind, das durch einen unter der Wirkung einer Feder 32 stehenden Ring 31 ge­ bildet wird.

Der Betrieb der Pumpe für Flüssiggas ist der folgende:

• 1. Wenn sich der bewegliche Kolben 6 in Richtung des Pfeils f, d. h., zum feststehenden Kolben 18 hin, ver­ schiebt, werden die folgenden gleichzeitigen Vorgänge ausgeführt:
  • a) Das in der Arbeitskammer 19 enthaltene Flüssiggas wird zur Benutzung in die Auslaßleitung 21 ge­ drückt, wobei sich die Kugel 20 gegen die Wirkung seiner Rückstellfeder verschiebt. Das Ventil 31 verschließt die Kanäle 30.
  • b) Das Volumen der Ansaugkammer 8 nimmt zu, die Schei­ be 10 hebt von ihrem Sitz ab, Flüssiggas tritt ein und füllt die Ansaugkammer 8. Durch den in der An­ saugkammer 8 herrschenden geringen Druck verdampft eine gewisse Gasmenge. Dies hat, wie weiter unten zu sehen ist, jedenfalls keine Bedeutung.
  • c) Das Volumen der Überlaufkammer 9 nimmt ab, wobei das in dieser Kammer enthaltene Gemisch an Flüssig­ gas und Gas durch die Überlaufleitung 16 entleert und rezirkuliert wird. Am Hubende des beweglichen Kolbens 6 ist die Ansaugkammer 8 unmittelbar mit der Überlaufleitung 16 verbunden, was eine voll­ ständige Entgasung der Ansaugkammer 8 vor dem Rücklauf des Kolbens 6 gewährleistet.
• 2. Wenn sich der bewegliche Kolben 6 in der anderen Rich­ tung verschiebt, etwa in Fig. 1 nach links, treten die folgenden gleichzeitigen Vorgänge auf:
  • a) Das Rückschlagventil 20 wird aufgrund des Gegen­ drucks und seiner Rückstellfeder geschlossen, wo­ durch die Auslaßleitung 21 abgetrennt ist.
  • b) Das in der Ansaug- oder Vorkompressionskammer 8 enthaltene Flüssiggas wird unter Druck gesetzt, das Ventil 31 ist gegen die Wirkung seiner Feder 32 offen, und die Arbeitskammer 19 wird mit Flüssig­ gas unter einem Druck von 1 bis 10 at gefüllt, der zur Vermeidung jeglicher Verdampfung des Flüssigga­ ses ausreicht, das in die Kompressionskammer ein­ tritt und darin enthalten ist.
  • c) Das überschüssige verdampfte Flüssiggas und das Flüssiggas in der Ansaugkammer werden über den Ka­ nal 14 und das Rückschlagventil 12, 13 entleert, dessen Öffnungsdruck größer als derjenige des Ven­ tils 31, 32 ist. Da sich der Kanal 14 bei Betrieb der Pumpe an der oben gelegenen Mantellinie des Zylinders 3 befindet, ist sichergestellt, daß das verdampfte Flüssiggas nicht in der Ansaugkammer bleibt.
  • d) Das Rückschlagventil 10 wird durch den in der An­ saugkammer 8 herrschenden Überdruck geschlossen.

Durch diese zweistufige Pumpe kann niemals eine Verdampfung des Flüssiggases in der Arbeitskammer erfolgen, die mit Flüssiggas unter einem Druck von einigen Atmosphären ge­ füllt ist. Dagegen kann das Flüssiggas in der Ansaugkammer verdampfen, und zwar ohne Folge für den Betrieb der Pumpe, da das Gas entfernt und rezirkuliert wird.

Claims (4)

1. Tieftemperaturpumpe für Flüssiggas mit einem Gehäuse (1), in dem

• - in einem Zylinder (3) ein
  - Kolben (6) beweglich angebracht ist,
  - der im Zylinder (3) eine Ansaugkammer (8) abgrenzt,
  - die über eine Rückschlagventil (10) mit einer
  - Zufuhrleitung (11) für Flüssiggas verbunden ist,
  - eine Arbeitskammer (19), die der Kolben (6) im Zylin­ der (3) abgrenzt, und
  - eine Überlaufleitung (16), die mit der Kolben-Zylinder­ einheit zu deren Entgasung in Verbindung steht, vorgesehen sind, wobei die Arbeitskammer (19) mit einem Druckaus­ laß (21) der Pumpe verbunden ist und wobei die Arbeits­ kammer (19) über wenigstens einen mit einem Rückschlag­ ventil (31, 32) versehenen, im Kolben angeordneten Ka­ nal mit der Ansaugkammer (8) verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - eine Überlaufkammer (9) vorgesehen ist, die permanent mit einer Überlaufleitung (16) verbunden ist,
  - die Ansaugkammer (8) über ein Rückschlagventil (12) mit der Überlaufkammer (9) verbunden ist, wobei das Rückschlagventil zur Überlaufkammer hin öffnen kann,
  - in Endstellung des Kolbens (6 ) bei größtmöglicher Ansaugkammer (8) diese direkt mit der Überlaufkammer (9) in Verbindung steht,
  - der Kolben (6) einen Zylindermantel (17) trägt, der mit einem starr am Gehäuse (1) befestigten Kolben (18) zusammenarbeitet, wobei der Zylindermantel und der Kolben die Arbeitskammer (19) bilden und das Volumen der Ansaugkammer (8) größer als das Volumen der Arbeitskammer (19) ist.

2. Tieftemperaturpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsdruck des die Ansaugkammer (8) von der Arbeitskammer (19) trennenden Rückschlagventils (31, 32) kleiner als der Öffnungsdruck des die Ansaug­ kammer (8) und die Überlaufkammer (9) verbindenden Ventils (12-14) ist.

3. Tieftemperaturpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlaufkammer (9) von dem Kolben ( 6) und dem Zylinder (3) begrenzt wird.