DE2926035A1

DE2926035A1 - PUMP FOR CONVEYING GASEOUS AND / OR LIQUID MEDIA

Info

Publication number: DE2926035A1
Application number: DE19792926035
Authority: DE
Inventors: Juergen Dr Ing Hartwig; Joachim Dipl Ing Jorde; Hans-Georg Reiss
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1979-06-28
Filing date: 1979-06-28
Publication date: 1981-01-08
Also published as: GB2054062B; GB2054062A; JPS5620783A; FR2460401B1; FR2460401A1

Description

PRIED. KRUPP GESELLSCHAFT MIT BESOHRMKTER HAi¹TUSTG- IH ESSENPRIED. KRUPP SOCIETY WITH BEARED HAi ¹ TUSTG-IH ESSEN

Pumpe zur Förderung gasförmiger und/oder flüssiger MedienPump for conveying gaseous and / or liquid media

Die Erfindung betrifft eine Pumpe zur Förderung gasförmiger und/oder flüssiger Medien, die im wesentli— chen aus einem geschlossenen Behälter besteht, bei dem die zum Pumpen erforderliche Energie durch. Ausnutzung des Memoryeffektes bereitgestellt wird und bei dem keine mechanischen Teile gegeneinander bewegt werden.The invention relates to a pump for pumping gaseous and / or liquid media, which essentially consists of a closed container the energy required for pumping. Utilization of the memory effect is provided and in which no mechanical parts are moved against each other.

Pumpen herkömmlicher Bauart arbeiten meist maschinen— angetrieben. Die zum Pumpen notwendige Saugwirkung wird mittels Bewegung von Hub- oder Rotationskolben oder anderer meist rotierender Verdichter erzeugt. Der dabei erzielte Wirkungsgrad der Pumpe ist relativ klein. Zudem wird der Betrieb der Pumpen noch durch.Pumps of conventional design mostly work with machines— driven. The suction required for pumping is achieved by moving reciprocating or rotary pistons or other mostly rotating compressor. The pump efficiency achieved is relative small. In addition, the operation of the pumps is still going through.

Wartungsarbeiten unwirtschaftlicher, die in regelmäßigen Zeitabständen erfolgen müssen. Teilweise schaffen dampf- oder flüssigkeitsbetriebene Strahlpumpen hier Abhilfe, jedoch ist die damit erzielte Energieausbeu— tung immer noch unbefriedigend klein. Insgesamt sind die Anwendungsmöglichkeiten der zuvor erwähnten Pumpsysteme insoweit eingeschränkt, als sie sich, beispielsweise nicht für den Weltraumeinsatz eignen.Maintenance work that is more uneconomical and has to be carried out at regular intervals. Partly create steam- or liquid-operated jet pumps here Remedy, however, the energy yield achieved is tion is still unsatisfactorily small. Overall, the possible uses of the pump systems mentioned above limited to the extent that they are not suitable, for example, for use in space.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden, den Memoryeffekt . für Pumpsysteme nutzbar zu machen. Der MemoryeffektIt has also been suggested to use the memory effect. to make them usable for pumping systems. The memory effect

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kann vereinfacht als martensitische Gefügeumwandlung bestimmter Legierungen, wie beispielsweise AuCd, CuAlNi oder NiTi, erklärt werden- Sie führt dazu, daß.z.B. ein verbogener Draht aus einer solchen Memory-Legierung dann wieder seine ursprüngliche Gestalt annimmt und dabei Arbeit verrichtet, wenn er auf die für jede Legierung spezifisch angebbare Umwandlungstemperatur erwärmt wird. Dabei lassen sich sog. irreversible und reversible Anteile unterscheiden. Für den reversiblen Anteil des Memoryeffektes, der zum Pumpen ausgenutzt werden soll, genügt es, das Memoryelement plastisch vorzuverformen, um den Memoryeffekt durch Änderung der Umgebungstemperatur wiederholt hervorzurufen. Der Memoryeffekt kann durch geeignete Maßnahmen beeinflußt werden; so wird er beispielsweise durch eine geringere Belastung de3 Elementes bei Abkühlung vergrößert. Auf dieser Basis ist die Realisierung der Energieumwandlung von Niedrigtemperaturwärme in mechanischer Arbeit in einfacher Weise möglich. So wird beispielsweise in der US-PS 3 827 426 eine Flüssigkeitspumpe beschrieben, die insbesondere als künstliches Herz verwendbar ist und bei der die Pumpwirkung durch sich bei Temperaturänderung kontrahierende bzw. expandierende Nitinol-Drähte erzeugt wird. Die Drähte können helixförmig oder kreuzweise um den Pump— behälter gewickelt sein, so daß sich Pumpbewegungen erzielen lassen. Die zur Steuerung eines derart aufgebauten künstlichen Herzens notwendige Energie wird elektrisch erzeugt. Dieses System besitzt jedoch den Nachteil, daß bei der Bewegung der Nitinol-Drähte Reibungs— kräfte überwunden werden müssen, die durch die Relativbewegung zu dem Behältermantel entstehen. Die Reibung vergrößert sich noch, wenn die Drähte kreuzweise gewickelt werden, d.h., wenn man eine zweidimensionale Kontraktion bzw. Expansion erzielen will.can be simplified as a martensitic structural transformation of certain alloys, such as AuCd, CuAlNi or NiTi, it leads to the fact that e.g. a bent wire made from such a memory alloy then returns to its original shape while doing work when it comes to the for each alloy specifically specifiable transformation temperature is heated. So-called irreversible and reversible Differentiate proportions. For the reversible part of the memory effect that should be used for pumping, it is sufficient to pre-deform the memory element plastically, to repeatedly cause the memory effect by changing the ambient temperature. The memory effect can be influenced by suitable measures; it is, for example, reduced by a lower load on the element enlarged when cooling. It is on this basis that the energy conversion from low-temperature heat can be realized possible in mechanical work in a simple manner. For example, U.S. Patent No. 3,827,426 a liquid pump described which can be used in particular as an artificial heart and in which the pumping action is generated by nitinol wires that contract or expand when the temperature changes. the Wires can be wound helically or crosswise around the pump container so that pumping movements are achieved permit. The energy required to control an artificial heart constructed in this way becomes electrical generated. However, this system has the disadvantage that when the nitinol wires move, there is friction forces must be overcome that arise from the relative movement to the container jacket. The friction increases in size when the wires are wound crosswise, i.e. when one is two-dimensional Wants to achieve contraction or expansion.

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Dieser Nachteil schließt ebenfalls eine Anwendung dieses Puitipsystems in der Weltraumfahrt aus, da zwei sich gegeneinander bewegende Teile die Gefahr einer Kaltverschweißung herbeiführen können.This disadvantage also excludes an application of this Puitip system in space travel, since two parts moving against each other can cause the risk of cold welding.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine Pumpe zu schaffen, welche die zuvor genannten Nachteile vermeidet und die eine einfache, möglichst wartungsfreie Betriebsweise ermöglicht.It is therefore the object of the invention to provide a pump create, which avoids the disadvantages mentioned above and which is a simple, maintenance-free as possible Mode of operation enabled.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Pumpbehälter vollständig aus einer Memory-Legierung besteht. Diese Pumpe besitzt den Vorteil, ohne weitere mechanische Hilfsmittel auszukommen und eine Relativbewegung zweier Pumpenteile gegeneinander zu vermeiden. Weiterhin liefert die vorliegende Erfindung die Möglichkeit, das den Memoryeffekt zeigende Element nicht nur als Antriebs-, sondern gleichzeitig als Strukturelement zu nutzen. Vorteilhafterweise zeigt der Pumpbehälter einen wiederholbaren zweiachsigen Memoryeffekt, der eine hohe Pumpleistung ermöglicht.The object is achieved in that the pump container consists entirely of a memory alloy. This pump has the advantage of being without any further mechanical Aids to get along and to avoid a relative movement of two pump parts against each other. Continues to deliver the present invention the possibility of the element showing the memory effect not only as a drive, but also to be used as a structural element. The pump container advantageously shows a repeatable biaxial memory effect that enables high pump performance.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung besteht der Pumpbehälter aus einer Memorylegierung mit ca. 55 % Nickel, Rest Titan. Mit einer solchen Legierung ist es vorteilhafterweise möglich, die den Memoryeffekt auslösende übergangstemperatur auf ca. 50 C zu begrenzen. Eine solche Temperatur kann ofmals schon durch Ausnutzung der Wärme bereitgestellt werden, die als Abwärme beispielsweise im Kühlwasser oder in Abgasen vorhanden ist.According to a further development of the invention, the pump container consists of a memory alloy with approx. 55% Nickel, the rest titanium. With such an alloy, it is advantageously possible to produce the one that triggers the memory effect limit transition temperature to approx. 50 C. Such a temperature can often be achieved by using the heat can be provided, which is present as waste heat, for example in the cooling water or in exhaust gases is.

Vorteilhafterweise ist der Pumpbehälter mit Leitungen verbunden, die die zur Temperatursteuerung erforderliche Flüssigkeits- oder Gaswärme zu- und abführen.Advantageously, the pump container is connected to lines that carry the temperature control Supply and discharge of liquid or gas heat.

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In einer weiteren Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung besitzt der Pumpbehälter mindestens zwei Ventile zum Aus— und Einlaß des zu fördernden Mediums. Zweckmäßigerweise sind auch, diese Ventile mittels Memoryeffekt steuerbar. Dies kann z.B. schon durch einen Schalter bewerkstelligt werden, der mit Hilfe des Memoryeffektes betätigt wird. Auf diese einfache Art werden alle zum Betrieb des Pumpsystems erforderlichen Energien aus einer einzigen Wärmequelle gezogen.In a further embodiment of the subject matter of the invention, the pump container has at least two Valves for the outlet and inlet of the medium to be conveyed. These valves are also expedient by means of a memory effect controllable. This can be done, for example, with a switch that can be activated with the help of the Memory effect is operated. In this simple manner, all are required to operate the pumping system Energies drawn from a single heat source.

Soll oder darf das zu fördernde Medium nicht den Tempera tür Schwankungen ausgesetzt werden, die zur Auslösung des reversiblen Memoryeffektes nötig sind, so wird vorteilhafterweise die Behälterinnenwand mit einer wärmeisolierenden Schicht ausgekleidet. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und zeigt eine Pumpe, die im wesentlichen aus einem •Behälter 1, Aus- bzw. Einlaßventilen 2 und 3 sowie einer Heizung bzw. Kühlung 4 besteht. Zusätzlich ist die dargestellte Pumpe mit einer Isolation 5 versehen, die Energieübergänge vom Behälter auf das zu fördernde Medium. verhindert.Should or must not be exposed to the temperature fluctuations that trigger the medium to be conveyed of the reversible memory effect are necessary, the inner wall of the container is advantageously provided with a heat-insulating Lined layer. An embodiment of the invention is shown in the drawing and shows a pump, which consists essentially of a • container 1, outlet and inlet valves 2 and 3 as well as a heating or cooling 4 exists. In addition, the pump shown is provided with insulation 5, the energy transfer from the container to the one to be conveyed Medium. prevented.

Der Behälter ist plastisch vorverformt, so daß durch die Temperaturzyklen warm/kalt der reversible Anteil des Memoryeffektes wiederholt hervorgerufen werden kann. Zu Beginn eines Pumpzyklusses sind Ventil 3 geschlossen und Ventil 2 geöffnet, so daß in den Innenraum 6 des Behälters das zu fördernde Medium einströmen kann. Anschließend wird das Ventil 2 geschlossen und das Ventil 3 geöffnet und die Heizung, in diesem Falle eine elektrische Heizung, eingeschaltet. Durch die Erwärmung der Behälterwand 1 kontrahiert der Behälter, so daß über Ventil 3 ein Teil des zu fördernden Mediums ausströmt.The container is plastically deformed so that through the temperature cycles warm / cold the reversible part of the memory effect are caused repeatedly can. At the beginning of a pumping cycle, valve 3 is closed and valve 2 is open, so that into the interior 6 of the container, the medium to be conveyed can flow in. Valve 2 is then closed and the valve 3 is opened and the heater, in this case an electric heater, is switched on. By the heating of the container wall 1 contracts the container, so that via valve 3 a part of the to be conveyed Medium flows out.

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Anschließend wird wiederum das Ventil 3 geschlossen und das Ventil 2 geöffnet. G-Ieichzeitig wird die Behälterwand abgekühlt, was durch kaltes Wasser geschieht, das über die Außenfläche der Behälterwand 1 strömt. Die Abkühlung der Behälterwand führt zu einer Expansion des Behältervolumens, -wodurch über Ventil 2 wiederum eine entsprechende Menge des zu fördernden Mediums in den Behälterinnenraum 6 einströmt. Nach Schließen des Ventils 2 und gleichzeitigem Öffnen des Ventils 3 und Aufheizung des Behälters setzt der nächste Arbeitszyklus ein.Valve 3 is then closed again and valve 2 is opened. At the same time, the container wall becomes cooled, which is done by cold water, which over the outer surface of the container wall 1 flows. The cooling of the container wall leads to an expansion of the container volume, as a result of which via valve 2 in turn, a corresponding amount of the medium to be conveyed flows into the container interior 6. To Closing of valve 2 and simultaneous opening of valve 3 and heating of the container sets the next duty cycle.

Zur Erwärmung bzw. Abkühlung des Behälters lassen sich. Strahlung, Konvektion und/oder Wärmeleitung anwenden. So ist es beispielsweise auch möglich, die Erwärmung des Behälters 1 durch direkte Sonnenbestrahlung herbeizuführen. Ebenso gut ist es möglich, die zyklische Kontraktion bzw. Expansion des Behältervolumens durch warmes bzw. kaltes Wasser zu erreichen, das abwechselnd durch Hohre fließt, die wärmeleitend mit der Behälterwand verbunden sind. Es sind ebenso Konstruktionen denkbar, bei denen die Behälterwand nur teilweise aus einer Memory-Iiegierung besteht.For heating or cooling the container can. Use radiation, convection and / or conduction. For example, it is also possible to increase the temperature bring about the container 1 by direct sunlight. It is just as possible to use the cyclical Contraction or expansion of the container volume to achieve warm or cold water, which alternately flows through Hohre, which conducts heat with the container wall are connected. Constructions are also conceivable in which the container wall is only partially consists of a memory ligation.

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Claims

Expectations:

Pump for conveying gaseous and / or liquid media, which essentially consist of a closed Container consists / in which the energy required for pumping is provided by utilizing the memory effect and in which no mechanical parts are moved against each other, as a result, characterized in that the pump container consists entirely of a memory alloy.

2. Pump according to claim 1, characterized in that the pump container is so plastically deformed that it has a repeatable, triggered by temperature change, has a biaxial memory effect.

3. Pump according to claims 1 to 2, characterized by a container made of an alloy that contains approx. 55% nickel, the remainder titanium.

4. A pump according to claims 1 to 3, characterized in that the memory-effect inducing the transition temperature is approximately 50 ⁰ C.

5. Pump according to claims 1 to 4, characterized in that the container outer wall with a liquid or Gas supply and discharge is connected.

6. Pump according to claims 1 to 5, characterized in that the container has at least two valves.

7. Pump according to claim 6, characterized in that the valves can be controlled by means of a memory effect.

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June 27, 1979

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ORIGINAL [NSPECTED

8. Pump according to claims 1 to 5, characterized in that that the inside wall of the container is lined with a heat-insulating layer.

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