DE2930717A1 - Vorrichtung zur fluidfoerderung - Google Patents

Vorrichtung zur fluidfoerderung

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DE2930717A1
DE2930717A1 DE19792930717 DE2930717A DE2930717A1 DE 2930717 A1 DE2930717 A1 DE 2930717A1 DE 19792930717 DE19792930717 DE 19792930717 DE 2930717 A DE2930717 A DE 2930717A DE 2930717 A1 DE2930717 A1 DE 2930717A1
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evaporation
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DE19792930717
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English (en)
Inventor
Hermann Prof Dipl Ing Albrich
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ALBRICH, HERMANN, PROF. DIPL.-ING., 8301 RUDELZHAU
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Individual
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B17/00Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Jet Pumps And Other Pumps (AREA)

Description

  • Bett.: Patent- und Gebrauchsmusterhilfeanmeldung
  • Anmelder: Prof. Dipl.Ing. Hermann Albrich, Germering Vorrichtung zur Fluidförderung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Fördern von flilseigen, gasförmigen und/oder damffförmigen Medien sowie deren Mischungen, wobei die dafür erforderliche Antriebsenergie der Enthalpie bzw.
  • dem Enthalpiestrom des geförderten Mediums entnommen wird.
  • Es sind vielfältige Vorrichtungen zum Fördern von Pluiden bekannte wie Kreiselmaschinen, Kolben-, Membran-, Zahnrad- und Schnecken= pumpen oder Verdichter, InJektoren oder Strahlpumpen usw.
  • Alle diese Vorrichtungen haben eine elektrische, mechanische, hydraulische oder pneumatische Energieeinspeisung für die Förder= leistung oder werden mit Antriebsaggregaten wie Verbrennungsmotoren oder Dampfkraftmascainen betrieben.
  • Der Aufwand für die Energiezuführung und Übertragung auf das eigentliche Förderelement ist hierbei oft um ein Vielfaches größe, als die Kosten für das Förderelement selbst.
  • Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Energie für den Antrieb der Enthalpie des Fluid es zu entnehmen und durch diesen direkten Energiefluß Einsparungen für die Vorrichtungskosten zu erreichen, wobei der abgezapfte Enthalpieanteil in einfacher thermo= dynamischer Art in mechanische Förderleistung gewandelt wird. Den physikalischen Gesetzen entsprechend, ist für den Vorgang ein Tempera= turgefälle zwischen dem strömenden Medium und der Umgebung, oder einem Hilfsfluid notwendig. Daher ist die anschließend beschriebene Vorrichtung für die Förderung von warmen oder heißen Fluiden beson= ders geeignet, wobei das Temperaturgefälle zwischen dem geförderten Fluid und der Umgebung, oder auch, bei Umwälzvorgängen, die Tempera= turdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf genutzt wird.
  • Erfindungsmäßig kann die Lösung der Aufgabe wie folgt beschrieben werden: In einem Behälter wird durch Wärmezufuhr aus dem den dichten Behälter umströmenden Fluid, bei einer entsprechenden Temperatur, ein Hilfsfluid verdampft, z.B. Frigen 12. Der unter Drucksteigerung entstandene Dampf der Hilfsflüssigkeit wird, nach einer Arbeitsleistung für den indirekten Antrieb des Förderelenientes, in einem zweiten Behälter bei geringerer Temperatur kondensiert. Die frei werdende Kondensa= tionswärme wird an die Behälterumgebung oder ein Hilfsfluid abge= leitet. Der Antrieb für die Förderung erfolgt nach dem Verdränger= prinzip oder mittels einer Turbine oder dergleichen, wobei das verdampfende Hilfafluid von dem zu fördernden Fluid hermetisch abge schlossen ist. Die Verdampfung und Arbeitsleistung erfolgt periodisch.
  • Zwischen den Verdampfungsperioden erfolgt ein kurzzeitiger Druckaus gleich zwischen dem Verdampfungs- und dem Kondensations-Behälter, in Verbindung mit einer selbsttätigen Rückspeisung der Hilfsflüssig= keit über ein Ventil.
  • Diese chargenweise Verdampfung, Arbeitsleistung, indirekte Leistungs= übertragung, Kondensation und Rückspeisung wird an zwei AusfUhrungs= beispielen anschließend beschrieben, wodurch weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung erklärt werden.
  • Fig. 1 Schematisch Darstellung eines Ausführungsbeispieles mit einem nach dem Verdrängerprinzip arbeitenden Antrieb, mittels eines elastischen Behälters oder Balges und einem Injektor als Förderelement.
  • Fig. 2 Schematische Darstellung eines Ausführungsbeispleles, wobei die Förderung mittels einem Axialrad erfolgt, welches über eine Magnetkupplung von einer Turbine angetrieben wirt.
  • In Fig. 1 ist das Schema eines Ausführungsbeispieles dargestellt.
  • Die Förderfunktion läuft darin wie folgt ab: In einem elastischen Balg 6 verdampft eine Treibflüssigkeit, z.B.
  • Frigen, durch Wårmezufuhr aushem den Balg umspülenden Fluid.
  • Dadurch steigt der Druck in dem dichten Balg und er verformt sich, bzw. vergrößert sein Volumen und verdrängt aus dem Behälter 5 Flüssigkeitowobei die Ventile 3 und 9 schließen und die verdrängte Flüssigkeit mit Überdruck im Injektor 7 Förderarbeit leistet.
  • Nach der Ausdehnung des Balges, bis ein Ventilöffner 8 zum Anschlag kommt beginnt eine Zugkraft in Öffnungsrichtung auf das Ventil 3 zu wirken. Nachdem die Zugkraft den Schließdruck des Ventile erreicht bzw. überschritten hat, wird durch die Elastizität der Dampffüllung und des Balges ein schlagartiges Öffnen des Ventiles er= folgen. Dadurch entweicht Dampf über das Verbindungsrohr 2 in den unter geringerem Druck stehenden Behälter 1'der sich in einem Umgebungsmedium befindet das eine geringere Temperatur besitzt als die im Behälter 6. Nach Entspannung und Abkühlung an der Behälterwand, wird dort Kondensation erfolgen. Gleichzeitig mit dem Ausströmen des Dampfes wird im Gegenstrom durch das relativ große Ventil 3 eine Charge kondensierter Flüssigkeit in den Behälter 6 zurückströmen, welche sich vorher schon in dem Verbindungs= rohr 2 gesammelt hatte und nun einfach ganz, oder teilweise, durch Schwerkraft in Behälter 6 fließt.
  • Der plötzliche Druckausgleich zwischen Behälter 1 und 6 bewirkt, 4aß sich Behälter 6 bzw. der elastische Balg wieder zusarenzieht, wodurch über Ventil 9 wieder Flüssigkeit angesaugt wird. Dabei soll der Querschnitt des Ventils 9 so groß sein, daß der Füllvorgang kurz ist und eine eventuelle gleichzeitige RUckströmung vom Injektorteil 7 bedeutungslos bleibt, bzw. sich ein Rtlckschlagventil an der Treibdüse des Injektors erübrigt. Anschließend beginnt die Drucksteigerung und Verdampfung im Balg 6 erneut, Ventil 3 schließt und der Vorgang wiederholt sich, eine pulsierende PorWerung ist im Gang.
  • In Fig. 2 ist das Schema eines zweiten Ausführungsbeispieles der Erfindung dargestellt. Die Energieübertragung erfolgt hierbei wiederum periodisch von dem unter Überdruck stehenden Behälter 6, über eine Axial- oder Radi alturbine, mit Magnetkupplung auf ein Axialrad.
  • Im Einzelnen läuft der Vorgang wie folgt ab: Aus Behälter 1, in dem z. B. Frigen kondensiert und die frei werden= de Wärme an die Umgebung abgegeben wird, fließt über das Ventil 3 flüssiges Frigen in den Behälter 6, wo höhere Temperatur vorhanden ist als vorher und Wärmezufuhr aus dem zu fördernden Fluid aus Behälter 4 erfQt. Dadurch wird die Verdampfung und Drucksteigerung in Behälter 6 eingeleitet, das Ventil 3 schließt und der Dampf strömt über eineLabyrintabscheidung 10 zur Turbine die über eine Magnetkupplung 8 ein Axialrad zur Förderung des Fluids antreibt. Dabei ist der Behälter 4, der von dem zu fördernden Fluid durchströmt wird, vom Behälter 6 dicht getrennt und die Kraftverbindung über die Magnetkupplung 8 erfolgt durch eine übliche Anordnung von Permanentmagneten über eine Trennplatte aus ni chtmagnetischem Material.
  • Nach der Turbine strömt der entspannte Dampf über das Verbindungs= rohr 2 wieder in den Behälter 1 zurück.Dieser Vorgang hält so lange an, bis das flüssige Frigen im Behälter 6 verdampft ist und durch Abströmung des Restdampfes ein Druckausgleich zwischen dem Behälter 1 und 6 stattfindet. Dann öffnet Ventil 3 durch Schwerkraft, wodurch angesammeltes kondensiertes Frigen in den Behälter 6 zurückfließt. Danach beginnt wiederum die Verdampfung, es entsteht Überdruck, Ventil 3 schließt und der Arbeitsvorgang beginnt aus neue. Die periodische Funktion kann durch die Wahl des Ventilquerschnittes 3 so gestaltet werden, daß ein langer Arbeitsgang und eine kurze Füllzeit resultieren, so daß nur eine unbedeutend kurze Unterbrechnug der Arbeitsleistung erfolgt.
  • Sowohl die Ausführung nach Fig. 1 als auch die nach Fig. 2 eignen sich besonders gut für die Förderung oder Umwälzung von Warmwasser in einem Heizungssystem' in welchem im Vorlauf höhere Temperaturen vorhanden sinb und die notwendige Temperaturdifferenz für die Funktion durch den Betriebszustand gegeben ist.
  • Bei der betrachtung des Energieflusses in der erfindungsgenäßen Vorrichtung wird nach den physikalischen Grundgesetzen die Energienutzung mit zunehmender Temperaturdifferenz zwischen Verdampfungs- und Kondensationstemperatur ebenfalls zunehmen.
  • Noch günstiger wird die Energienutzung wenn die Kondensations= wärme in das geförderte Fluid zurückgeführt wird. Das ist dann möglich, wenn die Erfindung zur Umwälzung eines Fluides verwendet wird, dessen Vor- und Rücklauftemperatur ein nennenswertes Gefälle besitzt. Dabei kann die Kondensationswärme in den RUck= lauf des geförderten Fluides abgeführt werden und damit erhält man z.B. bei Warmwasserheizungen einen 100% -tigen Wirkungsgrad für den Antrieb des Förderelementes, auf das System bezogen.
  • Beim Vergleich mit dem gegenwärtigen Stand der Technik auf diesem Teilgebiet, würde sich dabei auf lange Sicht, eine nennenswerte Primärenergie-Einsparung ergeben, da die große Anzahl der Umwälzpumpen für Warmwasserheizungen und Industrieanlagen fast durchwegs mit elektrischem Strom arbeiten.
  • Für die praktische Anwendung der Erfindung, kann die periodische Antriebsleistung auf das Förderelement, falls das in Sonderfällen gefordert wird, auch durch die Iwischenschaltung eines Puffer-oder Speicherelementes in eine gleichmäßig durchlaufende Antriebsleistung umgewandelt werden, z.B. in ähnlicher Art wie bei einer Kolbenpumpe mit einem Windkessel, durch Iwillingsanordnungen oder dergleichen.
  • Wesentlich für die Realisierung der Erfindung ist auch die spezifische Größe der Wärmetauscherflächen im geförderten Fluid.
  • Hierbei ergeben sich sehr kleine und wirtschaftliche Abessungen.
  • So wird z.B. für die Verdampfung des Hilfsfluides im Vorlauf einer Warmwasserheizung eines Einfamilienhauses eine Wärme tauscherfläche von nur etwa 50 bis 150 cm2 ausreichend sein.
  • Falls die Kondensationswärme des Hilfsfluides an die Luft der Umgebung abgegeben werden soll, kann die dabei erforderliche Wärmetauscherfläche durch Rippen oder Lamellen auf der Luftseite vergrößert werden.
  • L e e r s e i t e

Claims (9)

  1. Patentansprüche 9 Vorrichtung zum Fördern und/oder Verdichten von Fluiden, dadurch gekennzeichnet,daß die Antriebsenergie für das Förderelement dem Enthalpiastrom des zu fördernden Fluids entnommen wird und thermodynamisch,über ein Hilfsfluid, einen Verdampfer, eine Dampfkrafteinrichtunund einen Kondensator, zur Antriebsleistung umgewandelt wird.
    Dabei wird die Kondensationswärme an die Umgebung oder an ein Hilfsfluid mit geringerer Temperatur als der des geförderten Fluids abgeleitet.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enthalpieentnahme von der Umgebung oder einem Hilfsfluid erfolgt, wenn das Temperaturgefälle umgekehrt wie unter 1.
    ist und zwar von der Umgebung oder einem Hilfsfluid zu dem geförderten Fluid verläuft.
  3. 3, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampferzeugungsvorgang für die Kraftübertragung perio= disch erfdgt und in kurzen automatisch eintretenden Druck= ausgleichszeiten zwischen Verdampfer und Kondensator eine selbsttätige Nachspeisung für den Verdampfer eintritt.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enthalpieentnahme zur Verdampfung durch einen Verdampfungs= behälter erfolgt, der als Wärmetauscher von dem geförderten Fluid umspült wird und in dem das siedende Hilfsfluid periodisch unter Überdruck Dampf bildet, dessen Energie anschließend zum indirekten Antrieb eines Förderelemtes genutzt wird, wonach der Dampf in einem Kondensator mit geringerem Druck kondensiert.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Behälter, in dem die Verdampfung stattfindet.
    und dem Behälter, in dem kondensiert wird, periodisch und selbsttätig ein kurzer Druckausgleich stattfindet, w und über ein selbsttätig mit Peder oder Schwerkraft öffnendes Ventil eine Nachspeisung des zu verdampfenden Hilfsfluides erfolgt, so daß eine periodische Antriebs= leistung so lange abläuft/ wie das notwendige Temperatur= gefälle zwischen Verdampfer und Kondensator besteht.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitszeiten mit Dampferzeugung und Nutzung der Dampfenergie, im Verhältnis zu den Druckausgleichs- und Nachspeisungszeiten groß sind.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erzeugte Dampf des Hilfsfluids zur periodischen Expansion eines elastischen Behälters oder Balges genutzt wird, der nach dem Verdränwerprinzip einen Injektor als Förderelement bzw. eine Strahlpumpe antreibt, wobei die periodische Ausdehnung des elastischen Behälters oder Balges gleichzeitig zur Steuerung des Druckausgleiches zwischen Verdampfungs- und Kondensationsteil und gleich= zeitiger Nachspeisung der zu verdampfenden Hilfsfluides über ein Ventil genutzt wird.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erzeugte Dampf des Hilfsfluides über eine Turbine strömt, die über eine Permanent-Magnetkupplung das Förder= element antreibt. Die Permanent-Maznetkupplung ist dabei so gebaut, daß zwischen An- und Abtrieb eine hermetische Trennung besteht. Der periodische Druckausgleich vollzieht sich nach restloser Verdampfung des Hilfsfluides über die Turbine, wonach auch die Nachspeisung des Verdampfers mit einer neuen Charge durch Schwerkraft über ein Rückschlag ventil selbsttätig erfolgt.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Umwälzförderung mit einer Temperaturdifferenz zwischen dem Vor- und Rücklauf, der Verdampfungsbehälter im Vorlauf und der Kondensationsbehälter im Rücklauf des geförderten Fluids umströmt wird, oder umgekehrt, äe nach= dem, wie das Temperaturgefälle liegt und damit die Konden= sationswärme des Antriebsaggregates im geförderten Fluid verbleibt.
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Citations (6)

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