DE3907728A1 - Fluessiggaspumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssiggaspumpe, insbesondere eine fahrzeugtaugliche Flüssiggaspumpe für kryogenen Wasserstoff, umfassend ein Zylindergehäuse und einen Kolben, welcher mit den, Zylindergehäuse einen ersten Kompressionsraum für die kryogene Flüssigkeit bildet und welcher mit einem an den ersten Kompressionsraum anschließenden ersten Kolbenab­ schnitt durch einen Gasfilm im Zylindergehäuse gelagert ist.

Bei fahrzeugtauglichen Flüssiggaspumpen wird in der Regel mit Fördermengen in der Größenordnung von 3 l/Min. gearbeitet, woraus bereits wesentlich kleinere Abmessungen als bei bisher bekannten üblichen Flüssiggaspumpen resultieren, deren För­ dermenge ungefähr das Zehnfache der fahrzeugtauglichen Flüs­ sigkeitspumpen beträgt.

Dies zieht eine Vielzahl von Problemen nach sich. Insbeson­ dere können die bisher üblichen Arten der Abdichtung zwischen dem Kolben und dem Zylindergehäuse nicht auf derartige fahr­ zeugtauglichen Flüssiggaspumpen übertragen werden.

Die beispielsweise übliche Verwendung von Kolbenmanschetten mit Trockenlaufeigenschaften hat den Nachteil, daß Reibungs­ wärme erzeugt wird, die zu einer verstärkten Dampfbildung während des Betriebs der Flüssigkeitspumpe führt, was sich bei den kleinen Fördermengen sehr schädlich auswirkt. Es sind zwar Pumpen bekannt, deren Kolben durch einen Gasfilm gelagert sind, so daß keine Reibungswärme mehr auftritt. Das hierfür notwendige geringe Radialspiel ist jedoch in den erwünschten engen Grenzen, aufgrund der geringen Kolben­ durchmesser, bei fahrzeugtauglichen Pumpen nahezu nicht ein­ zuhalten. Darüberhinaus weisen die Flüssigkeitspumpen mit einem durch einen Gasfilm gelagerten Kolben sehr lang dimen­ sionierte Kolben auf, beispielsweise in der Dimension von 700 mm, was dadurch bedingt ist, daß einerseits der Antrieb des Kolbens auf möglichst hoher Temperatur, beispieisweise Raumtemperatur, liegen sollte, während der Kompressionsraum auf der für das Flüssiggas üblichen Temperatur, bei Wasser­ stoff in der Größenordnung von 30 K liegen soll und daß durch den Gasfilm stets eine Abkühlung des Kolbens in einem erheblichen Bereich seiner Länge erfolgt, so daß die vor­ stehend genannten Forderungen nur bei entsprechend lang aus­ gebildeten Kolben erfüllt werden können.

Derart lang ausgebildete Kolben sind jedoch bei einer fahr­ zeugtauglichen Flüssigkeitspumpe bereits aufgrund der Größe der dadurch bedingten Pumpe nicht tragbar. Darüberhinaus sind durch die kleinen Abmessungen, bedingt durch die geringe Fördermenge, enge Toleranzen für die Dicke des Gasfilms nicht einhaltbar, so daß bei fahrzeugtauglichen Pumpen die Abkühlung des Kolbens durch den Gasfilm noch stärker ist, insbesondere wenn die Flüssiggaspumpe mit Temperaturen des flüssigen Wasserstoffs arbeiten soll.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Flüssig­ gaspumpe der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, daß diese aufgrund ihrer Abmessungen fahrzeugtauglich gebaut wer­ den kann, was bei geringerer Kolbenlänge eine noch geringere Abkühlung des Kolbens durch den Gasfilm erforderlich macht.

Diese Aufgabe wird bei einer Flüssiggaspumpe der eingangs be­ schriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Pumpe einen zweiten Kompressionsraum aufweist, mit welchem der Gasfilm in Verbindung steht und durch welchen ein Gas­ strom im Gasfilm in Richtung des ersten Kompressionsraums erzeugbar ist.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird die Abkühlung des Kolbens dadurch reduziert, daß in dem Gasfilm ein Gasstrom in Richtung des ersten Kompressionsraums erzeugbar ist, so daß das kalte Flüssiggas nicht mehr im Gasfilm von dem ersten Kompressionsraum wegströmen und somit den Kolben ab­ kühlen kann. Es wird vielmehr der Gasstrom im Gasfilm umge­ kehrt, so daß eine Abkühlung des Kolbens nur mit seinen an den ersten Kompressionsraum angrenzenden Bereichen möglich ist.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der Gasfilm in seinem dem ersten Kompressionsraum abgewandten Abschnitt eine Temperatur oberhalb 200 K aufweist. Damit ist sicher­ gestellt, daß im Bereich eines Antriebs des Kolbens Um­ gebungstemperatur, das heißt beispielsweise Raumtemperatur, vorliegen kann.

Bei den vorstehend genannten Ausführungsbeispielen wurde nicht festgelegt, ob der Gasstrom während der Kompression oder der Expansion des ersten Kompressionsraums erzeugbar sein soll. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Gasstrom zumindest während einer Kompression des ersten Kompressions­ raums erzeugbar ist, da dann ein Gasstrom in der Phase er­ zeugt wird, in welcher in erster Linie ein kühlender Gas­ strom im Gasfilm von dem ersten Kompressionsraum weg auf­ tritt. Ergänzend hierzu kann es vorteilhaft sein, den Gas­ strom auch noch während der Expansion des ersten Kompressions­ raums aufrecht zu erhalten.

Bei den vorstehend erwähnten Ausführungsbeispielen kann zur Ausbildung des zweiten Kompressionsraums grundsätzlich ein zweites Zylindergehäuse und ein zweiter Kolben vorgesehen sein.

Für eine komptakte Bauweise der erfindungsgemäßen Flüssig­ keitspumpe ist es jedoch am vorteilhaftesten, wenn der Kol­ ben einen ersten Kolbenabschnitt zur Bildung des ersten Kompressionsraums und einen zweiten Kolbenabschnitt zur Bildung des zweiten Kompressionsraums aufweist.

Am einfachsten läßt sich eine derartige Konzeption dann verwirklichen, wenn der Kolben als Stufenkolben ausgebil­ det ist und das Zylindergehäuse entsprechende Zylinderbohrun­ gen aufweist.

Da bei hoher Kolbengeschwindigkeit im Gegensatz zu niedriger Kolbengeschwindigkeit der Gasstrom im Gasfilm unterschiedlich groß ist und somit bei hoher Kolbengeschwindigkeit nicht das gesamte, im zweiten Kompressionsraum komprimierte Gas über den Gasfilm bei jedem Pumpenzyklus abströmen kann, ist es vorteilhaft, wenn der Gasfilm mit einem Puffervolumen versehen ist, in welchem während einer Kompressionsbewegung des Kolbens ein Druck aufgebaut und während einer Expansions­ bewegung abgebaut werden kann.

Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn das Puffervolumen von einem den ersten Kolbenabschnitt umgebenden Ringraum gebildet ist.

Um sicherzustellen, daß der Gasfilm in seinem dem ersten Kom­ pressionsraum abgewandten Abschnitt eine ausreichend hohe Temperatur hat, ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß das Gas für den Gasfilm erwärmbar ist.

Dies ist am einfachsten dadurch möglich, daß der Gasfilm be­ heizbar ist.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist hierzu vorge­ sehen, daß der Gasfilm in seinem dem zweiten Kompressions­ raum zugewandten Abschnitt beheizbar ist.

Insbesondere bei Ausführungsbeispielen, bei denen auch noch ein Puffervolumen vorgesehen ist, ist zweckmäßigerweise vorgesehen, daß der Gasfilm zwischen dem zweiten Kompres­ sionsraum und dem Puffervolumen beheizbar ist, so daß das Puffervolumen gleichzeitig noch als Wärmepuffer zwischen dem beheizten und dem nicht beheizten, dem ersten Kompres­ sionsraum zugewandt liegenden Abschnitt des Gasfilms dient und somit der Wärmeeintrag in dem zweiten Kompressionsraum minimiert ist.

Um in jedem Fall zu verhindern, daß ein Gasstrom im Gasfilm von dem ersten Kompressionsraum weg auftritt, ist vorge­ sehen, daß ein dritter Kompressionsraum als Vorkompressions­ raum zu dem zweiten Kompressionsraum vorgesehen ist, so daß das Gas im zweiten Kompressionsraum stets einen Minimaldruck aufweist.

Aus Gründen der Kompaktheit ist es auch hierbei vorteilhaft, wenn der Kolben einen dritten Kolbenabschnitt aufweist, wel­ cher mit dem Zylindergehäuse den dritten Kompressionsraum bildet.

Eine zweckmäßige Möglichkeit der Ausbildung sieht hierzu vor, daß der erste und zweite Kolbenabschnitt an entgegengesetzten Enden des Kolbens angeordnet sind.

Um insbesondere auch ein Verkanten des Kolbens zu vermeiden, hat es sich als äußerst zweckmäßig erwiesen, wenn zwischen dem ersten und dem dritten Kolbenabschnitt ein Kolbenan­ trieb an dem Kolben angreift, so daß der Kolben beidseitig des Angriffspunktes des Kolbenantriebs gelagert ist. Die einfachste Möglichseit, den Kolben anzutreiben, sieht vor, daß der Kolbenantrieb einen Exzenter aufweist.

Um einen Antrieb des Kolbens ohne eine Pleuelstange zu ermög­ lichen und somit die erfindungsgemäße Flüssiggaspumpe möglichst kompakt zu bauen, ist vorteilhafterweise vorge­ sehen, daß ein Exenterzapfen in eine sich quer Bewegungs­ richtung des Kolbens erstreckende Exzenterausnehmung eingreift.

Wie bereits eingangs erwähnt, ist der Kolben zumindest in seinem sich an den ersten Kompensionsraum anschließenden Kolben­ abschnitt durch einen Gasfilm gelagert. Eine bevorzugte Aus­ führungsform der erfindungsgemäßen Flüssiggaspumpe sieht außerdem vor, daß der Kolben zwischen dem zweiten Kompres­ sionsraum und dem dritten Kompressionsraum durch einen Gasfilm gelagert ist, das heißt also, daß der gesamte Kolben durch einen Gasfilm gelagert ist.

Alternativ dazu ist es aber auch möglich, daß der Kolben zwi­ schen dem zweiten und dem dritten Kompressionsraum durch Kolbenmanschetten mit Trockenlaufeigenschaften gelagert ist, so daß nur eine Gasfilmlagerung des Kolbens im Anschluß an den ersten Kompressionsraum erfolgt. Dies ist deshalb möglich, da der Kolben im Anschluß an den ersten Kompressionsraum aufgrund des Gasstroms im Gasfilm über eine relativ kurze Distanz auf einer warmen, für übliche Lager- und Schmiermög­ lichkeiten geeigneten Temperatur gehalten werden kann.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Dar­ stellung einiger Ausführungsbeispiele. In der Zeichnung zei­ gen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungs­ beispiel einer Flüssiggaspumpe und

Fig. 2 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungs­ beispiel einer Flüssiggaspumpe.

Ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Flüssig­ gaspumpe, dargestellt in Fig. 1, umfaßt im einzelnen ein Zylindergehäuse 10, welches eine durch einen Zylinderboden 12 abgeschlossene erste Zylinderbohrung 14 aufweist, an welche sich auf der dem Zylinderboden 12 gegenüberliegenden Seite eine in ihrem Durchmesser gegenüber der ersten Zylinderboh­ rung 14 erweiterte koaxiale zweite Zylinderbohrung 16 an­ schließt, welche sich bis zu einem Kurbelwellenraum 18 er­ streckt.

Ein Übergang von der ersten Zylinderbohrung 14 zu der zweiten Zylinderbohrung 16 erfolgt über eine sich senkrecht zu einer Zylinderachse 20 der ersten Zylinderbohrung 14 und der zwei­ ten Zylinderbohrung 16 erstreckende Ringfläche 22, welche von der ersten Zylinderbohrung 14 zur zweiten Zylinderbohrung 16 verläuft.

In der ersten Zylinderbohrung 14 und der zweiten Zylinder­ bohrung 16 ist koaxial zur Zylinderachse 20 ein als Ganzes mit 24 bezeichneter Stufenkolben angeordnet, welcher einen ersten Kolbenabschnitt 26 aufweist, welcher in die erste Zylinderbohrung 14 hineinreicht und einen zweiten Kolbenab­ schnitt 28, welcher in die zweite Zylinderbohrung 16 hinein­ reicht. Eine Stufe zwischen dem ersten Kolbenabschnitt 26 und dem zweiten Kolbenabschnitt 28 wird dabei durch eine Ringfläche 30 gebildet.

Der Stufenkolben 24 ist so dimensioniert, daß im oberen Tot­ punkt desselben der erste Kolbenabschnitt 26 mit seinem dem zweiten Kolbenabschnitt 28 gegenüberliegenden Kolbenboden 32 in geringem Abstand vom Zylinderboden 12 angeordnet ist und die Ringfläche 30 des Stufenkolbens 24 in geringem Abstand von der Ringfläche 22 des Zylindergehäuses 10 steht.

Im unteren Totpunkt, in Fig. 1 gestrichelt angedeutet, hat der Kolbenboden 32 den maximalen Abstand vom Zylinderboden 12, desgleichen die Ringfläche 30 von der Ringfläche 22, wobei der Stufenkolben 24 auch im unteren Totpunkt durch die Zylin­ derbohrungen 14 und 16 geführt bleibt.

Eine Führung des Stufenkolbens 24 in den Zylinderbohrungen 14 und 16 erfolgt dabei über einen ersten Gasfilm 34, wel­ cher sich zwischen der ersten Zylinderbohrung 14 und einer Mantelfläche 36 des ersten Kolbenabschnitts 26 ausbildet, so­ wie über einen zweiten Gasfilm 40, welcher sich zwischen der zweiten Zylinderbohrung 16 und einer Mantelfläche 38 des zweiten Kolbenabschnitts 28 ausbildet. Diese beiden Gasfilme 34 und 40 tragen dabei den Stufenkolben 26 in sämtlichen Stel­ lungen, so daß dieser mit den Zylinderbohrungen 14 und 16 des Zylindergehäuses 16 keinerlei Berührung hat.

Von dem Zylinderboden 12, dem sich an diesen bis zum Kolben­ boden 32 anschließenden Bereich der ersten Zylinderbohrung 14 und dem Kolbenboden 32 wird ein erster Kompressionsraum 42 gebildet, in welchen nahe beim Zylinderboden 12 eine Zulei­ tung 44 für kriogenen Wasserstoff einmündet, die gegenüber dem ersten Kompressionsraum 42 durch ein Einlaßventil 46 ver­ schließbar ist. Ferner führt vom Zylinderboden 12 eine Druck­ leitung 47 für den im ersten Kompressionsraum 42 unter Druck gesetzten kryogenen Wasserstoff weg, welche gegenüber dem ersten Kompressionsraum 42 mit einem Auslaßventil 48 ver­ schließbar ist.

Von der Ringfläche 22, der Ringfläche 30 des Stufenkolbens 24 und den sich zwischen beiden erstreckenden Abschnitten der Mantelfläche 36 des ersten Kolbenabschnitts 26 sowie der zweiten Zylinderbohrung 16 wird ein zweiter Kompressions­ raum 50 gebildet, in welchen eine von der Zuleitung 44 ab­ zweigende Zweigleitung 52, vorzugsweise im Bereich der Ring­ fläche 22, einmündet. Die Zweigleitung 52 weist dabei ein in Strömungsrichtung zum zweiten Kompressionsraum 50 öffnen­ des Einwegventil 54 auf.

In den dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sind die Zuleitung 44 und die Zweigleitung 52 zumindest teilweise durch Bohrungen im Zylindergehäuse 10 gebildet.

Zur Ausbildung eines Puffervolumens 56 für den ersten Gasfilm 34 ist die erste Zylinderbohrung 14 ungefähr mittig zwischen der Ringfläche 22 und dem Kolbenboden 12 mit einem sich be­ züglich der Zylinderachse 20 radial nach außen in das Zylin­ dergehäuse 10 hinein ausdehnenden Ringraum 58 versehen. Vor­ zugsweise ist dieser Ringraum so definiert, daß dieser etwa dem Volumen des ersten Gasfilms 34 entspricht.

Um das sich im ersten Gasfilm 34 bildende Gas zumindest zum Teil beheizen zu können, ist zwischen dem Ringraum 58 und der Ringfläche 22 in dem Zylindergehäuse 10 ein Heizmantel derbohrung 14 zwischen dem Ringraum 58 und der Ringfläche 22 bildenden Wand 62 dient. Vorzugsweise wird der Heizmantel durch einen im Zylindergehäuse 10 rings um den in Rede stehen­ den Teilbereich der ersten Zylinderbohrung 14 umlaufenden Kanal 64 gebildet, welcher von einem Heizmedium 66, wie bei­ spielsweise heißem Wasser, durchströmbar ist, so daß die Wand 62 auf die Temperatur des Heizmediums 66 aufheizbar ist und dadurch auch den an dieser anliegenden Teil des ersten Gasfilms 34 heizt.

Ein Antrieb des Stufenkolbens 24 erfolgt über einen, von einem zeichnerisch nicht dargestellten Motor angetriebenen Exzen­ ter 68 und eine sowohl am Stufenkolben 24 sowie am Exzenter 68 drehbar gelagerte Pleuelstange 70.

Das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Flussig­ gaspumpe funktioniert nun folgendermaßen:

Durch den rotierenden Exzenter 68 führt der durch die Gasfilme 34 und 40 in den Zylinderbohrungen 14 und 16 gelagerte Stufen­ kolben 24 linear oszillierende Bewegungen längs der Zylinder­ achse 20 zwischen dem oberen Totpunkt und dem unteren Tot­ punkt aus. Bei einer Expansionsbewegung des Stufenkolbens 24 erweitert sich der erste Kompressionsraum 42, so daß über die Zuleitung 44 und das Einlaßventil 46 kryogener Wasserstoff in den ersten Kompressionsraum 42 einströmt, welcher bei der Kompressionsbewegung des Stufenkolbens 24 den ersten Kom­ pressionsraum 42 über das Auslaßventil 48 und die Druckleitung 47 verläßt. Üblicherweise herrscht dabei in der Zuleitung ein Druck von 1,5 MPa, welcher vorzugsweise durch einen Vor­ kompressor aufrecht erhalten wird. In der Druckleitung wer­ den dabei Drucke im Bereich von 10 bis 20 MPa erreicht. Die Temperatur des kryogenen Wasserstoffs in der Zuleitung 44 be­ trägt vorzugsweise ungewähr 35 K in gleicher Weise wie die Temperatur in der Druckleitung 47.

Bei der Expansionsbewegung des Stufenkolbens 24 wird neben dem ersten Kompressionsraum 42 auch der zweite Kompressions­ raum 50 vergrößert, so daß über die Zweigleitung 52 und das Einwegventil 54 auch in diesen kryogener Wasserstoff aus der Zuleitung 44 bei dem dort herrschenden Druck einströmen kann. Der in den zweiten Kompressionsraum einströmende Wasserstoff wird dabei auf eine Temperatur in der Größenordnung von 200 K erwärmt.

Während der Kompressionsbewegung kann nun der Wasserstoff in dem zweiten Kompressionsraum 50 nicht über die Zweigleitung 52 aufgrund des Einwegventils 54 zur Zuleitung 44 zurückströ­ men und wird daher einen Gasstrom in diesem Gasfilter 34 ent­ lang der Wand 62 in Richtung des ersten Kompressionsraums 42 bewirken. Während diesem Entlangströmen an der Wand 62 wird dieser Gasstrom durch die mittels des Heizmantels 60 be­ heizte Wand 62 aufgeheizt, kommt in erwärmtem Zustand in das Puffervolumen 56 des Ringraums 58 und strömt sodann von dem Puffervolumen 56 unter Bildung eines sich durch den ersten Gasfilm 34 fortsetzenden Gasstroms bis zum ersten Kompressionsraum 42.

Durch diesen während der Kompressionsbewegung sich ausbil­ denden Gasstrom in Richtung des ersten Kompressionsraums 42 im ersten Gasfilm 34 wird verhindert, daß im ersten Gasfilm 34 ein Strom kalten Gases vom ersten Kompressionsraum 42 weg auftritt und den ersten Kolbenabschnitt 26 sowie die erste Zylinderbohrung abkühlt. Es wird im Gegenteil erreicht, daß der erste Kolbenabschnitt 26und die erste Zylinderbohrung 14 in ihrem vom ersten Kompressionsraum 42 entfernt liegenden Abschnitten "warm gehalten" werden, so daß eine kurze Bau­ länge des ersten Kolbenabschnitts 26 und der entsprechenden ersten Zylinderbohrung 14 möglich ist und der Kolben 24 an­ triebsseitig auf Temperaturen in der Größenordnung von 200 bis 300 K gehalten werden kann. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wurde dies bei einer Länge des ersten Kolbenabschnitts 26 in der Größenordnung von 70 mm erreicht, wobei der erste Gasfilm 34 eine Dicke von ungefähr 5 µm hatte.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Flüssigkeitspumpe, dargestellt in Fig. 1, sind insoweit als dieselben Teile wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet wurden, dieselben Bezugszeichen verwendet, so daß bezüglich der Beschreibung dieser Teile auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen werden kann.

In Abwandlung zum ersten Ausführungsbeispiel ist an den Stu­ fenkolben 24 auf seiner den Kurbelwellenraum 18 zugewandten Seite ein Zwischenstück 72 gehalten, welches eine sich quer zur Zylinderachse 20 erstreckende Ausnehmung 74 aufweist, in welche ein Kurbelzapfen 76 einer Kurbelwelle eingreift. Die Ausnehmung 74 ist dabei mit ihrer Erstreckung quer zur Zy­ linderachse 20 so dimensioniert, daß sich der Kurbelzapfen 76 darin ohne Behinderung seiner Bewegung in dieser Querrich­ tung frei bewegen kann. In Richtung der Zylinderachse 20 hat die Ausnehmung 74 eine Breite, welche dem Durchmesser des Kurbelzapfens 76 entspricht, so daß bei rotierender Kurbelwelle das Zwischenstück 72 in Richtung der Zylinder­ achse 20 auf und ab bewegt wird. Auf der dem zweiten Kolben­ abschnitt 28 gegenüberliegenden Seite des Zwischenstücks 72 ist ein dritter Kolbenabschnitt 78 vorgesehen, welcher koaxial zur Zylinderachse 20 ausgerichtet und in einer dritten Zylinderbohrung 80 auf und ab bewegbar ist, wobei die dritte Zylinderbohrung 80 ebenfalls in dem Zylindergehäuse 10 vorgesehen ist.

Der dritte Kolbenabschnitt 78 ist mit einem Kolbenboden 82 versehen, welcher senkrecht auf der Zylinderachse 20 steht und die dritte Zylinderbohrung 80 ist mit einem Zylinder­ boden 84 versehen, welcher ebenfalls senkrecht zur Zylin­ derachse 20 verläuft. Durch den Zylinderboden 84, den bis zum Kolbenboden 82 sich erstreckenden Bereich der dritten Zylinderbohrung 80 und den Kolbenboden 82 wird ein dritter Kompressionsraum 86 begrenzt. Dieser dritte Kompressions­ raum 86 wird entgegengesetzt zu dem ersten und dem zweiten Kompressionsraum 42 bzw. 50 verkleinert oder vergrößert und dient als Vorpumpe für den zweiten Kompressionsraum 50. Um den dritten Kompressionsraum mit Wasserstoffgas zu ver­ sorgen, ist von der Zuleitung 44 eine Zweigleitung 88 in den Kurbelwellenraum 18 geführt und von diesem Kurbelwellen­ raum 18 mündet ein Eintrittsspalt 90 in den dritten Kompres­ sionsraum 86, wobei dieser Eintrittsspalt 90 so angeordnet ist, daß ein Einströmen von Wasserstoffgas in den dritten Kompressionsraum erfolgen kann, wenn der Kolbenboden 82 im oberen Totpunkt steht.

Ferner ist vom Kolbenboden 82 durch den dritten Kolbenab­ schnitt 78, das Zwischenstück 72 und den zweiten Kolben­ abschnitt 28 hindurch ein Überströmkanal 92 geführt, wel­ cher aus dem zweiten Kolbenabschnitt im Bereich der Ring­ fläche 30 austritt und mit einem Einströmventil 94 für den zweiten Kompressionsraum 50 versehen ist. Der Gesamtkolben 96, gebildet aus dem Stufenkolben 24, dem Zwischenstück 72 und dem dritten Kolbenabschnitt 78, ist bei dem zweiten Aus­ führungsbeispiel der erfindungsgemäßen Flüssigkeitspumpe entweder ebenfalls durch den ersten Gasfilm 34 und den zweiten Gasfilm 40 sowie einen dritten Gasfilm 98 zwischen der dritten Zylinderbohrung 80 und einer Mantelfläche 100 des dritten Kolbenabschnitts 78 gelagert oder alternativ dazu durch zwischen der zweiten Zylinderbohrung 16 und der Mantelfläche 38 sowie der dritten Zylinderbohrung 80 und der Mantelfläche 100 angeordnete Kolbenmanschetten mit Trocken­ laufeigenschaften.

In beiden Fällen ist jedoch der Vorteil des zweiten Ausfüh­ rungsbeispiels darin zu sehen, daß der Gesamtkolben 96 auf beiden dem Zwischenstück 72 und somit dem Angriff des Kurbel­ zapfens 76 gegenüberliegenden Seiten gelagert ist und damit eine geringere Neigung zum Verkanten aufweist.

Darüberhinaus wurde die bezüglich des Angriffs des Kurbel­ zapfens 76 beidseitige Lagerung des Gesamtkolbens 76 dazu ausgenutzt, nochmals eine Vorpumpstufe für den zweiten Kompressionsraum 50 zu schaffen.

Das zweite Ausführungsbeispiel funktioniert nun so, daß während der Entspannungsbewegung des Gesamtkolbens 96 Wasserstoffgas im dritten Kompressionsraum 86 kombiniert wird, durch den Überströmkanal 92 und das Einströmventil 94 unter Druck in dem zweiten Kompressionsraum 50 einströmt, in diesem während der Kompressionsbewegung des Gesamtkol­ bens 96 komprimiert wird und somit der Gasstrom im ersten Gasfilm 34 entsteht. Gleichzeitig wird während der Kompres­ sionsbewegung des Gesamtkolbens 96 ein Unterdruck im drit­ ten Kompressionsraum 86 erzeugt, welcher im oberen Tot­ punkt des Gesamtkolbens 96 zu einem Zustrom von Wasser­ stoffgas durch den Eintrittsspalt 90 aus dem Kurbelwellen­ raum 18 führt, wobei der Kurbelwellenraum 18 seinerseits über die Zweigleitung 88 mit der Zuleitung 44 in Verbin­ dung steht und somit stets mit Wasserstoff versorgt wird.

Das zweite Ausführungsbeispiel hat außerdem den Vorteil, daß durch die Tatsache, daß sowohl die dritte Zylinderboh­ rung 80 als auch die zweite Zylinderbohrung 16 in den Kurbel­ wellenraum 18 münden, eine in Kauf zu nehmende Leckage zwischen dem dritten Kompressionsraum 86 und dem zweiten Kom­ pressionsraum 50 zum Kurbelwellenraum hin auftreten kann, da das Wasserstoffgas durch den Eintrittsspalt 90 über die durch den dritten Kompressionsraum 86 gebildete Vorpumpstufe stets aus dem Kurbelwellenraum 18 entnommen wird und der Kurbelwellenraum 18 über die Zweigleitung 88 auf demselben Druck wie die Zuleitung 44 gehalten wird.

Claims (20)

1. Flüssiggaspumpe, insbesondere fahrzeugtaugliche Flüs­ siggaspumpe für kryogenen Wasserstoff, umfassend ein Zylindergehäuse und einen Kolben, welcher mit dem Zylin­ dergehäuse einen ersten Kompressionsraum für die kryogene Flüssigkeit bildet und welcher mit einem sich an den ersten Kompressionsraum anschließenden ersten Kolbenab­ schnitt durch einen Gasfilm im Zylindergehäuse gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssiggaspumpe einen zweiten Kompressionsraum (50) aufweist, mit welchem der Gasfilm (34) in Verbindung steht und durch welchen ein Gasstrom im Gasfilm (34) in Richtung des ersten Kompressionsraums (42) erzeugbar ist.

2. Flüssiggaspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasfilm (34) in seinem dem ersten Kompressions­ raum (42) abgewandten Abschnitt eine Temperatur oberhalb 200 K aufweist.

3. Flüssiggaspumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gasstrom während einer Kompression im ersten Kompressionsraum (42) erzeugbar ist.

4. Flüssiggaspumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (24) den ersten Kolbenabschnitt (26) zur Bildung des ersten Kompressions­ raums (42) und einen zweiten Kolbenabschnitt (28) zur Bildung des zweiten Kompressionsraums (50) aufweist.

5. Flüssiggaspumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (24) als Stufenkolben ausgebildet ist.

6. Flüssiggaspumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasfilm (34) mit einem Puffervolumen (56) versehen ist.

7. Flüssiggaspumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Puffervolumen (56) durch einen den ersten Kolben­ abschnitt (26) umgebenden Ringraum (58) gebildet ist.

8. Flüssiggaspumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas für den Gasfilm (34) erwärmbar ist.

9. Flüssiggaspumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasfilm (34) beheizbar ist.

10. Flüssiggaspumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasfilm (34) in seinem dem zweiten Kompressions­ raum (50) zugewandten Abschnitt beheizbar ist.

11. Flüssiggaspumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasfilm (34) zwischen dem zweiten Kompressions­ raum (50) und dem Puffervolumen (56) beheizbar ist.

12. Flüssiggaspumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Kompressionsraum (86) als Vorkompressionsraum für den zweiten Kompressions­ raum (50) vorgesehen ist.

13. Flüssiggaspumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Kompressionsraum (86) im Gegentakt zum zweiten Kompressionsraum (50) betreibbar ist.

14. Flüssiggaspumpe nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kolben (96) einen dritten Kolbenab­ schnitt (78) aufweist, welcher mit dem Zylindergehäuse (10) den dritten Kompressionsraum (86) bildet.

15. Flüssiggaspumpe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der dritte Kolbenabschnitt (26, 78) an entgegengesetzten Enden des Kolbens (96) angeordnet sind.

16. Flüssiggaspumpe nach einem der Ansprüche 12 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten und dem dritten Kolbenabschnitt (26, 78) ein Kolbenantrieb (76) an dem Kolben (96) angreift.

17. Flüssiggaspumpe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenantrieb einen Exzenter (76) aufweist.

18. Flüssiggaspumpe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Exzenterzapfen (76) in eine sich quer zur Be­ wegungsrichtung (20) des Kolbens (96) erstreckende Exzenterausnehmung (74) eingreift.

19. Flüssiggaspumpe nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (96) zwischen dem zweiten Kompressionsraum (50) und dem dritten Kom­ pressionsraum (86) durch einen Gasfilm (40, 98) gela­ gert ist.

20. Flüssiggaspumpe nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (96) zwischen dem zweiten und dem dritten Kompressionsraum (50, 86) durch Kolbenmanschetten mit Trockenlaufeigenschaften gelagert ist.