EP0730092B1 - Pumpe zum Pumpen eines verflüssigtes Gas aufweisenden Fluids und Einrichtung mit einer Pumpe - Google Patents
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- Y10S417/00—Pumps
- Y10S417/901—Cryogenic pumps
Definitions
- the invention relates to a pump for pumping a fluid containing liquefied gas.
- Such a pump also referred to as a cryogenic pump
- a cryogenic pump can be used, for example, to pump a cryogenic fluid that consists at least in part of at least one liquefied gas - such as liquid nitrogen, oxygen, hydrogen, argon or liquid air - and possibly also still has gaseous fluid.
- the pump can also be used to pump liquefied butane or propane.
- the pump can be designed, for example, to pump fluid from a reservoir into a container or any device and to increase the pressure of the fluid from a value of, for example, at most 1.5 MPa to, for example, 15 to 50 MPa.
- a pump known from EP-A 0 294 322 has a drive device with a support and a pump housing. This has an elongated, sleeve-shaped carrier fastened to the support and a socket partially inserted therein, which is closed at its end protruding from the carrier by an end element.
- a piston which is displaceable in the bush is connected to a movable part of the drive device by a piston rod.
- the inner surface of the sleeve-shaped carrier has annular grooves in which seals for sealing the piston rod are seated.
- the carrier, the bushing and the end element are located in a container, the wall of which is a shell which is tightly connected to the carrier in the vicinity of the drive device and has a shell detachably connected to it by screws.
- the two shells have an inner wall, an outer wall and an evacuated space between them.
- the inlet of the pump is connected through the interior of the container and two flow paths, each with a check valve, to a pump chamber which is present in the socket and adjoins the end face of the piston.
- the pump chamber is also connected to a primary outlet via a check valve.
- the container has a secondary outlet through which fluid evaporated during operation flows out of the container.
- This pump has proven itself in itself. However, the manufacture and assembly of the wall consisting of several parts and having evacuated intermediate spaces of the container containing most of the sleeve-shaped carrier and sleeve increases the manufacturing costs of the pump. In addition, the maintenance of the known pump causes a relatively large amount of work and long downtimes. If, for example, the socket and the piston are to be cleaned or if one of the seals attached to the piston or in the sleeve-shaped carrier or part of a check valve is to be replaced, the two shells of the container have to be separated from one another, and then connected again and a number of screws and Loosen the nuts and then tighten them again.
- a pump known from DE-B 1 169 973 for pumping a liquefied gas has an elongated, hollow support, a bushing which is partly located in the interior of the support and a displaceable piston.
- the bushing has two collars which bear against the inner surface of the carrier and is separated from the inner surface of the carrier by a space between them.
- a reservoir is connected to the entrance opening into the intermediate space via a feed line.
- the socket contains one on the front of the Piston adjacent pump chamber, which is connected to a primary outlet of the pump via a check valve.
- the carrier is provided with a secondary outlet which is connected to the intermediate space and is connected to the reservoir via a return line.
- the piston is hollow and has an opening on its end face which can be closed with an axially displaceable closure element and forms a valve together with the latter.
- Said intermediate space is connected to the cavity present in it by radial holes in the wall of the bushing and by elongated holes in the wall of the hollow piston.
- the section of the carrier containing the bush has a large outer diameter in comparison with the diameters of the bush and the piston and a large outer surface adjacent to the surroundings of the pump. Furthermore, the portion of the bushing containing the pump chamber protrudes from the carrier. A lot of heat can therefore flow from the surroundings of the pump through the carrier and the end section of the socket protruding therefrom into the carrier and the socket. This heats up the cryogenic fluid so that a lot of fluid evaporates.
- the secondary outlet is located at the same longitudinal section of the beam as the inlet and is connected to it at the highest point of the intermediate space. Furthermore, the cross-sectional area of the space is much larger than that Passage cross-sectional area of the entrance. There is therefore no defined fluid flow in the intermediate space.
- the intermediate space can therefore contain relatively warm liquid or gas bubbles at various points, it being possible for this warm liquid and these gas bubbles to remain in the intermediate space for a long time.
- the liquid flowing through the holes of the bushing into this and the cavity of the piston is displaced back and forth when the piston is displaced, but the volume of the cavity remains constant and is constantly relatively large. Gas bubbles can therefore also enter the cavity of the piston and remain in it for a relatively long time.
- gas bubbles present in the intermediate space and in the cavity of the piston reduce the efficiency of the pump and can even cause the liquid flow to break off. This known pump therefore does not work reliably and is in particular hardly suitable for long-term operation.
- the reservoir often still contains solid, fine, contaminant particles dispersed in the liquefied gas, which, for example, consist of a carbon compound and, together with the liquefied gas, can enter the carrier, the bushing and the cavity of the piston. Since no defined, strong flow occurs in the intermediate space of the carrier and also in relatively large areas of the cavity of the piston of the pump according to DE-B 1 169 973, contamination particles can build up in the interior of the carrier and in the piston deposit so that the pump has to be dismantled and cleaned frequently.
- the liquefied gas which, for example, consist of a carbon compound and, together with the liquefied gas
- the invention has for its object to overcome disadvantages of the known pumps.
- the aim is in particular to enable reliable operation of the pump with good efficiency over a long period of time.
- the pump should be inexpensive to manufacture and allow simple maintenance, which requires only brief interruptions in operation.
- the invention further relates to a device according to claim 12.
- the support 1 shows a support 1 and a simplified pump 2 with a drive device 3.
- the latter has a support 4 which is stationary during operation of the pump.
- the support 4 has a base 4a standing on the support 1 and, for example, fastened thereon, a motor housing 4b and a hollow, sleeve-shaped connecting section 4c projecting horizontally from the latter. Its end section facing away from the motor housing 4b, which can also be seen in FIG. 2, is provided with an internal thread 4d.
- the drive device 3 has an electric motor with a rotor (not visible) arranged in the motor housing 4b, the shaft of which is connected to a crank or eccentric disk. This in turn is connected via a connecting rod or the like to a movable part 5 of the drive device 3, namely a part 5 that can be moved back and forth, which is indicated in FIG. 2.
- a pump housing 7 shown in FIG. 1 in view and in FIGS. 2 and 3 in section defines together with the connection section 4c of the support 4 has a horizontal axis 8 and has three fluid connections, namely an inlet 9, a primary or pressure outlet 10 and a secondary or Return line output 11 and an elongated support 13, which is generally rotationally symmetrical with respect to the axis 8 and can also be seen in FIG. 4.
- the carrier 13 is formed by an integral, approximately cylindrical sleeve which is open at both ends and consists of a metallic material, namely of stainless steel.
- the carrier 13 has a wall or a jacket with a carrier outer surface 13a and a carrier inner surface 13b which surrounds the axis 8 and in cross section a carrier interior.
- the end section of the carrier outer surface 13a located on the left in FIG. 2 is provided with an external thread 13c.
- the carrier inner surface 13b has, at the end of the carrier 13 on the left in FIG. 2, a short section provided with an internal thread 13d, to which a relatively long, narrower cylindrical section 13e adjoins. This is connected via a radial shoulder surface 13f to a further cylindrical section 13g. This is provided with an annular groove 13h which adjoins the shoulder surface 13f and forms a section thereof.
- the wall of the carrier 13 has a hole 13m radial to the axis 8, which opens into the annular groove 13h at the lowest circumferential point thereof.
- the entrance 9 is formed by the hole 13m and a connecting element which projects into it and is tightly connected to the support 13, namely welded, which consists, for example, of a connecting piece or pipe piece or the like.
- the carrier 13 also has a radial hole 13p with respect to the axis 8, which opens into the cylindrical section 13a at the highest circumferential point of the further cylindrical section 13g in the vicinity of its end facing away from the annular groove 13h.
- the secondary or return line output 11 is formed by the hole 13p and a connecting element, for example welded, which projects into it and is tightly connected to the carrier 13 for example, consists of a nozzle or pipe section or the like.
- the mouth of the secondary or return outlet 11 opening into the interior of the carrier is thus above the mouth at which the inlet 9 opens into the interior of the carrier.
- the carrier 13 is detachably connected to the support 4 and namely screwed with its external thread 13c into the internal thread 4d of the support 4.
- the screw connection is secured with a lock nut 14 screwed onto the external thread 13c.
- a metallic sleeve 15 for example made of aluminum, with a number of annular and disk-shaped ribs, which serve to improve the heat exchange with the surroundings, is fastened, namely pressed on.
- a cylindrical jacket 16 is connected in the vicinity of the sleeve 15 and in the vicinity of the secondary or return outlet 11 tightly with annular sections of the carrier outer surface 13a - for example welded - and bounded together with that located between these latter sections
- Section of the carrier outer surface 13a has a cavity 17 with an annular cross section.
- the cavity 17 is penetrated by the connecting element of the inlet 9 and is sealed off from the surroundings of the pump 2.
- the jacket 16 is provided with a nozzle which forms a connection 18. This has a closable passage through which the cavity 17 can be evacuated by the pump manufacturer and / or possibly later by the user of the pump before it is used.
- the socket 19 has a wall or a jacket with a Bushing outer surface 19a, a bushing inner surface 19b and two annular, radial, flat end surfaces 19c, 19d, which are located in FIGS. 2, 3, 5 at the left and right ends of the bushing.
- the socket outer surface 19a has a short, generally cylindrical section 19e at its end on the left in FIGS. 2, 3, 5. This is separated by a collar 19r projecting outward from it from a thinner section 19f which is smooth and completely cylindrical.
- a generally cylindrical section 19g which has axial ribs 19h distributed along its circumference evenly over the circumference and grooves 19i present between them, at least three and for example eight ribs 19h and the same number of grooves 19i being present.
- the ribs 19h have curved surfaces in cross section, which together define a cylindrical surface whose diameter is larger than the diameter of the smooth, cylindrical section 19f.
- the grooves 19i are arcuate in cross-section and, for example, are dimensioned such that their lowest point continuously adjoins the cylindrical section 19f.
- the section 19g which has the ribs 19h and grooves 19i, is connected at its ends to the radial, annular end surface 19d of the bushing by a conical transition surface which is inclined away from it.
- the end faces of the ribs 19h are formed by sections of these conical transition surfaces.
- the length of the ribs 19h and the grooves 19i is preferably at least 30% and, for example, 50% to 70% of the total length of the bush.
- the inner surface 19b of the socket has a conical section 19k that tapers away from it. This is followed by a smooth cylindrical section 19m, the length of which is at least 50% and, for example, at least or approximately 70% of the total length of the bushing 19.
- the inner surface 19b of the socket has a short, graduated extension at the end of the socket located on the right in FIGS. 2, 3 19n with two cylindrical sections.
- the generally cylindrical portion 19e of the sleeve outer surface is provided with an annular groove 19s.
- the bushing 19 has at least one radial hole 19p and namely a plurality of holes 19p distributed uniformly around its circumference. These lead from the bottom of the annular groove 19s through the casing of the bushing and open into the conical section 19k of the bushing inner surface 19b.
- the bushing 19 consists of a one-piece body made of a metallic material, namely hardened, stainless steel.
- the bushing 19 is located completely in the interior of the sleeve-shaped carrier 13 and for the most part in the region of the carrier interior enclosed in cross section by the further cylindrical section 13g of the carrier inner surface 13b. With its radial, flat end surface 19c, the bush lies against the radial, flat shoulder surface 13f of the carrier 13.
- the end of the bushing 19 located on the right in FIGS. 2 and 3 protrudes a little into that longitudinal region of the carrier interior into which the hole 13p opens.
- the pump housing 7 has an end element 21 at its end facing away from the drive device 3 and located on the right in FIGS. 1 to 3. This has a thinner end section 21a, a middle, thicker section 21b and an even thicker end section 21c.
- the thinner end portion 21a and at least most of the middle end portion 21b are located in the interior of the carrier 13, while the thicker end section 21c is located outside the latter.
- the middle section 21b is provided with an external thread 21d. This is screwed into the internal thread 13i of the carrier 13.
- the end member 21 has an axial, continuous, stepped hole 21e.
- the thinner end section 21a of the end element projects into the enlargement 19n of the inner surface of the bushing 19 with at most a small amount of radial play.
- the end section 21a presses on its end face with a radial, flat shoulder surface on the seal 20 and presses the bushing 19 against the shoulder surface 13f via the seal 20.
- the socket 19 is thus centered coaxially to the axis 8 by the abutting sections of the carrier inner surface 13 and the socket outer surface 19a and secured by the end element 21 against axial displacement, clamped and releasably connected to the carrier.
- the end section 21c of the end element 21 which is located outside the carrier 13 has approximately the same diameter as the end of the sleeve-shaped carrier 13 which is on the right in FIGS. 1 to 3 and has a radial end face which faces it and is separated or possibly separated by a narrow gap on this radial ring surface.
- the connection of the end element 21 to the carrier 13 is sealed with a seal 22 arranged in the vicinity of the outer ends of the threads 13i, 21d.
- the end element 21 seals both the interior of the carrier 13 and the interior of the socket 19 at the end of the interior concerned that is remote from the drive device 3.
- An annular filter 23 is attached to the cylindrical section 19e of the outer surface 19a of the sleeve and is secured and held against axial displacements by the radial shoulder surface 13f of the carrier 13 and a radial surface of the collar 19r.
- the end element 21 is provided with a check valve 25.
- a nipple 26 has an external thread 26a which is screwed into the internal thread 21f of the end element 21.
- the nipple 26 is sealed with an annular seal 27 and forms the primary or pressure outlet 10 and together with the end element 21 the valve housing of the check valve 25.
- the nipple 26 has a continuous, axial, stepped hole, which together with a section of the hole 21e forms the passage 28 of the check valve 25.
- An axially displaceable closure element 30 is arranged in the passage 28. This consists of fluorine-containing plastic and is pressed by a spring 31 against a shoulder surface of the passage 28 serving as a valve seat.
- a seal insert 33 shown separately in FIG. 6 has a sleeve-shaped, dimensionally stable, metallic seal holder 34. This has a collar 34a at one end and an external thread 34b in the vicinity thereof. The outer surface of the seal holder 34 has at least one annular groove and, for example, two.
- the seal holder 34 also has a through axial hole 34c. This has a cylindrical middle section which extends over most of the length of the seal holder.
- the hole 34c has a generally likewise cylindrical extension at its end facing the drive device 3 and a short narrowing at its other end.
- the seal holder 34 is inserted from the left side of FIG. 2 - ie from the side of the carrier 13 facing the drive device 3 - into the interior of the carrier 13 and is screwed with its external thread 34b to the internal thread 13d of the carrier 13, so that the collar 34a abuts the end of the sleeve-shaped carrier 13 which is on the left in FIG. 1.
- the seal holder 34 extends to the right approximately through the entire narrower cylindrical portion 13e of the carrier inner surface 13b almost up to the shoulder surface present in the carrier 13f.
- the annular grooves present in the outer surface of the seal holder 34 contain annular seals 35, for example made of a plastic, which seal the seal holder against the section 13e of the carrier inner surface 13b.
- the axial hole 34c includes various parts shown in the figure, including a circlip 42 located near the left end of the seal holder 34. Between this and the other end of the seal holder, an ice scraper 36, a guide bush 37, ring-shaped seals 38, 39, 40, for example with different cross-sectional shapes, some disc springs 41 and some other ring-shaped or sleeve-shaped parts are arranged around the guide bush 37 and to keep the seals 38, 39, 40 in the positions provided.
- the guide bush 37 consists of a metallic shell, namely bronze, and a fluorine-containing plastic.
- the seals 38, 39, 40 are made of plastic.
- the remaining parts arranged in the seal holder consist of metallic materials. For the rest, it should be noted that the parts arranged in the seal holder have been omitted in FIGS. 2 and 3 for simplification.
- a metallic, for example bronze piston 43 is slidably guided in the socket 19.
- the piston 43 has a generally cylindrical outer surface which is provided with some annular grooves.
- ring-shaped seals 44, 45 are interrupted at a peripheral point. These have different cross-sectional shapes and consist, for example, of a fluorine-containing polymer.
- the piston 43 has an axial blind hole 43a which opens into the end face of the piston facing the end element 21 and has a conical opening section there.
- the piston 43 has holes 43b penetrating into it from its end facing away from the end element 21 and inclined towards the axis 8 and opening into the base section of the blind hole 43a.
- the piston 43 has one end of a multi-part piston rod 47 connected, which protrudes through the sealing insert 33 from the carrier 13.
- the piston rod 47 is slidably guided by the guide bush 37 of the sealing insert 33.
- the seals 35, 38, 39, 40 held outside or inside the seal holder 34 connect the piston rod 47 indirectly and tightly to the carrier inner surface 13b and thus seal the lead-out of the piston rod from the area of the carrier interior containing the bushing 19.
- the piston rod 47 has at its end facing away from the piston 43 and protruding from the carrier 13 and the sealing insert 33 an axial blind hole 47a with an internal thread and is there detachably connected, namely screwed, to the movable part 5 of the drive device 3 which can be moved parallel to the axis 8 .
- the piston rod could also be releasably connected to the drive device by other connecting means.
- a somewhat simplified guide body 51 is fastened in the axial blind hole 43a of the piston 43, which has a guide hole coaxial with the axis 8 and some axial through holes distributed around it.
- a closure element 52 has a shaft which is slidably guided in the guide hole of the guide body 51 and a plate.
- a spring 53 enclosing the shaft of the closure element 52 engages with one end on the guide body 51 and with the other end on a nut screwed onto the shaft and exerts a force directed away from the end element 21 on the closure element 52.
- the holes 43a, 43b, of the piston, the guide body 51, the closure element 52 and the spring 53 together form a check valve 55 with a passage penetrating the piston.
- the closure element 52 is drawn in its release position in FIG.
- the closing element 52 can be moved from the drawn release position to the left by the spring 53 into a closed position in which the plate of the closure element 52 rests on the conical mouth section of the blind hole 43a serving as a valve seat.
- the mutually facing sections of the carrier inner surface 13b and the socket outer surface 19a which are spaced apart from one another in some cases, delimit a free space 61 which is formed by a region of the carrier interior.
- the gap 61 has a gap region 61a between the cylindrical sections 19e and 19f of the bush outer surface 19a and the part of the cylindrical section 13g of the carrier inner surface 13b opposite these sections 19e, 19f.
- This is ring-shaped in cross section, encloses the bushing 19 without interruption along the entire circumference thereof and is also referred to as the first, ring-shaped interior area of the carrier.
- the passage of the entrance 9 opens into the lowest point of the annular space region 61a. This is through the filter 23 and the annular groove 19s and the holes 19p of the bushing 19 with a support located in FIGS. 2 and 3 to the left of the piston 43 and at least to a large extent between the bushing inner surface 19b and the piston rod 47. Interior area connected. This is referred to below as the suction chamber 62.
- the size of the volume of the suction chamber 62 is changed when the piston is moved.
- the volume of the suction chamber is substantially smaller than when the piston is in its end position closest to the end element 21.
- the suction chamber 62 is in turn through the piston through the check valve 55 present in and / or on the piston to a pump chamber 63 which is enclosed in cross-section by the inner surface 19b of the sleeve and is delimited by the mutually facing surfaces of the end element 21 and the piston 43.
- the axial dimension and the volume of the pump chamber 63 change when the piston is displaced and in particular become at least approximately zero when the piston is displaced into its end position closest to the end element 21.
- the pump chamber 63 is connected via the check valve 25 to the nipple 26 forming the primary or pressure outlet 10.
- the channel-shaped interspace regions 61b open at their ends closer to the end element 21 into a free, second annular interior region 64 of the carrier interior, which exists between the cylindrical section 13g of the carrier inner surface 13b and a surface of the end element that is spaced apart from this .
- the interior area 64 is connected to the passage of the secondary or return outlet 11.
- the inlet 9 is thus connected on the one hand via the suction chamber 62 and the check valve 55 in the piston 43 to the pump chamber 63 and on the other hand through the intermediate space 61 adjoining sections of the outer surface 19a of the sleeve to the secondary or return outlet 11.
- the passages of the input 9 and the secondary or return output 11 are connected to the latter in the vicinity of the opposite ends of the socket 19 at points of the socket 19 and of the intermediate space 61, which are parallel to the axis 8 and at a distance from one another . This distance is preferably at least 50% and for example at least 70% of the length of the socket 19.
- a reservoir 71 can also be seen in FIG. 1. This consists, for example, of a double-walled tank with an interior that is sealed off from the surroundings on all sides.
- the reservoir 71 also contains a cryogenic fluid 72 a liquid phase and a gaseous or vapor phase above the liquid level.
- the reservoir 71 is preferably arranged above the pump 2 and is connected to the inlet 9 of the pump 2 by a supply line 73 opening into its interior near its deepest point and by a valve 74 present therein.
- the supply line 73 has a section running approximately vertically downward from the reservoir 71 and at its lower end an arc which forms a siphon.
- the line then runs slightly inclined upwards to the inlet 9, the valve 74 being arranged, for example, between the siphon and the inlet 9.
- the primary or pressure output 10 of the pump 2 is connected to a filling device 76 by a line 75, for example.
- the secondary or return line output 11 is connected to the reservoir 71 by a return line 77 with a valve 78.
- the return line 77 has a section inclining slightly inclined away from the outlet 11 and containing the valve 78, a siphon formed by an arc and a section rising approximately perpendicularly away from it. This opens above the mouth of the feed line 73 into the interior of the reservoir 71, at least the mouth section of the return line being exactly vertical and having a mouth open at the top.
- the maximum outer diameter of the longitudinal section of the carrier 13, and preferably the entire carrier, containing the bushing 19 is at most 3 times, preferably at most 2.5 times and, for example, approximately 2 times the outer diameter of the piston 43.
- the outer diameter of each enclosing the bushing 19 in cross section Section of the carrier 13 is furthermore at most 50% larger than the outer diameter of the section of the bushing present in the relevant section of the carrier.
- the dimension of the space 61 measured radially to the axis 8 is preferably at least essentially in the entire space at most 20% and for example at most or about 10% of the Diameter of the socket 19 at the relevant point of the socket and the space.
- the passage of the inlet 9 and the passage of the secondary or return outlet 11 preferably have passage cross-sectional areas of approximately the same size as the lines 73, 77.
- the channel-shaped intermediate regions 61b together have a passage cross-sectional area which is at most 3 times, better at most 2 times and, for example, 50% to 150% of the passage cross-sectional areas of the inlet 9 and the secondary or return outlet 11.
- the annular space region 61a, the suction chamber 62 and the annular carrier interior region 64 also have relatively small passage cross-sectional areas and volumes.
- the pressure of the fluid present in the reservoir 71 is preferably greater than the ambient air pressure and is preferably at most 1.5 MPa and, for example, about 0.3 MPa to 1 MPa.
- the reservoir 71 should preferably contain so much of the liquid phase of the fluid 72 that the liquid level is above the mouth of the return line 77.
- the reservoir 71 then forms, together with the sections of the lines 73, 77 connected to its interior, a so-called thermosiphon tank.
- the pressure of the fluid present in the reservoir is greater at the mouth of the feed line 73 than at the mouth of the return line 77 due to the force of gravity acting thereon.
- the drive device 3 moves the piston 43 back and forth during operation of the pump 2 along the axis 8 in the bushing 19 guiding the piston 43, so that the piston alternately carries out a suction stroke and a pressure stroke.
- the piston 43 is displaced away from the end element 21 toward the drive device 3 during the suction stroke in the direction indicated by an arrow in FIGS. 2 and 3.
- the two valves 74 and 78 are opened before the pump 2 is started, so that at least in part and preferably as completely as possible liquid fluid 72 can flow from the reservoir 71 through the inlet 9 into the intermediate space 61 of the pump.
- the plate of the closure element 52 is lifted off the valve seat of the check valve 55, as is shown in FIGS. 2 and 3.
- the volume of the suction chamber 62 is reduced, while the volume of the pump chamber 63 is increased.
- the piston then conveys fluid from the suction chamber 62 into the pump chamber 63 through the holes 43a, 43b of the piston 43 which form the passage of the check valve 55. If necessary, fluid can still flow from the reservoir 71 into the suction chamber 62.
- the check valve 25 is closed during the suction stroke.
- the check valve 55 closes while the check valve 25 is opened.
- the piston presses fluid out of the pump chamber 63 through the passage of the check valve 25 to the primary or pressure outlet 10, the pressure of the fluid being increased, for example, 10 times to 100 times or possibly even more.
- This at least partly and for example for the most part or completely liquid fluid then flows through the line 75 to the filling device 76 and is evaporated with it for example first and then at least approximately with the pressure generated by the pump 2 in the gaseous state or possibly without previous evaporation Filled in pressure container in liquid state.
- the volume of the suction chamber 62 is increased so that the piston sucks fluid from the reservoir 71 through the inlet 9, the annular space region 61a, the filter 23, the annular groove 19s and the holes 19p into the suction chamber 62.
- the longitudinal section of the carrier containing the bushing 19 has - compared to the diameter of the piston 43 - only a relatively small circumference and only a relatively small outer surface.
- the evacuated cavity 17 also insulates the longitudinal region of the sleeve-shaped carrier 13, which contains the largest part of the bushing and part of the piston rod 47, from the surroundings. There is therefore only relatively little heat from the air surrounding the pump housing 7 through the carrier 13 and the end element 21 into the regions of the carrier interior containing cryogenic fluid and to the bushing 19. Furthermore, a little heat from the surroundings and from the drive device 3 through the piston rod 47 to the piston 43. In addition, part of the mechanical work performed by the piston during pumping can be converted into heat.
- the fluid flowing along the sleeve outer surface 19a through the intermediate space and the interior area 64 insulates the bushing 19 thermally against the carrier 13 and the end element and absorbs heat conducted from the surroundings through the carrier 13 and the end element 21. Furthermore, the fluid flowing through the intermediate space 61 and the interior area 64 also possibly absorbs heat from the bushing 19 and heat conducted through its jacket from the interior of the bushing and from the piston 43. The fluid flowing along the bush outer surface 19a through the intermediate regions 61a, 61b and through the inner region 64 is thus heated.
- the originally liquid phase of this fluid present in the intermediate space 61 may even partially or temporarily be completely evaporated, for example in the start-up phase, the fluid absorbing heat of vaporization and cooling the surfaces that come into contact with the fluid.
- the heat absorbed by the fluid in the form of a temperature increase and / or heat of vaporization is carried away by the fluid flowing out through the secondary or return outlet 11 from the pump 2 and then reaches the reservoir 71.
- the fluid flowing from the inlet 9 through the intermediate space 61 and through the interior area 64 thus enables effective thermal insulation and cooling of the bushing 19 without the part of the carrier 13 containing the bushing 9 and the end element 21 in a liquid, cryogenic fluid Containers must be arranged.
- the design and the arrangement of the bushing 19 in the carrier 13 ensure that a defined, pronounced continuous and / or pulsating fluid flow results permanently on practically all free interior areas of the carrier which contain cryogenic fluid. Accordingly, during the operation of the pump, neither highly heated liquid nor any bubbles of gaseous fluid that may be present remain in any area of the carrier interior for a long time. Furthermore, when the pump is operating, fluid coming from the inlet 9 is sucked into the suction chamber 62 over a short distance.
- the fluid entering the suction chamber is therefore relatively cold and at least approximately completely liquid.
- the fluid present in the suction chamber 62 at the end of a pressure stroke is largely conveyed through the piston into the pump chamber 63.
- practically no gas bubbles or warm, liquid fluid can remain in the bushing and in the piston for a long time.
- the pump can continuously pump fluid with high, approximately constant efficiency for a long time and increase its pressure.
- the fluid flowing along the sleeve outer surface through the intermediate space 61 and the interior area 64 cools the sleeve 19 when the pump 2 is started, the area of the end element 21 adjoining the carrier interior, the piston 43 and others when the pump is in operation Parts coming into contact with the pumped fluid rapidly drop to a temperature at which the liquid phase of the fluid pumped to the primary or pressure outlet 10 remains liquid. In this case, only relatively little liquid fluid has to be evaporated in order to cool the parts coming into contact with the fluid to be pumped from normal room temperature to a temperature which makes it possible to pump liquefied gas.
- the filter 23 has a mesh size of 0.2 mm to 0.3 mm, for example, so that it retains large, solid particles, such as metal chips and the like.
- the fluid stored in the reservoir can possibly contain fine, particulate impurities, for example particles of carbon compounds. Such fine contaminant particles have sizes of a few micrometers, for example. If such particles are dispersed in the liquid phase of the fluid present in the reservoir, such particles can get into the pump and also through the filter 23 together with the fluid. Because the fluid entering the pump is all fluid Containing interior areas of the pump flow continuously or at least intermittently, practically all fine impurity particles transported into the pump by the fluid are also transported out of the pump again by the fluid and not deposited in the pump.
- the two valves 74, 78 can be closed.
- the arrangement and design of the reservoir 71 and the lines 73, 77 then prevent the lines 73, 77 from freezing due to, for example, moist air entering them.
- the different parts of the pump 2 are relatively easy to manufacture and can be assembled with little time and effort.
- the end element 21 only needs to be screwed with its external thread 21d into the internal thread 13i of the sleeve-shaped carrier 13 and then also holds the bushing 19 previously inserted into the carrier interior.
- the nipple 26 also only needs to be screwed into the end element 21.
- the sealing insert 33 with all the seals and other parts belonging to it can be pushed and screwed into the carrier 13 as a whole.
- the piston rod 47 can be quickly connected to the movable part 5 of the drive device 3 and the carrier 13 can be connected to the connecting section 4c of the Screw supports 4.
- the pump 2 When servicing the pump 2, it may be necessary to make certain areas of the carrier interior accessible, for example in order to clean the filter 23 and / or possibly other surfaces and parts located within the carrier or for a worn or otherwise damaged part. such as one of the seals 44 attached to the piston, 45 or one of the seals 38, 40 engaging on the piston rod.
- the pump 2 can be dismantled as necessary for such maintenance work and then reassembled. If, for example, the socket 19 is to be made accessible and removed, all that has to be done is to unscrew the end element 21 from the sleeve-shaped carrier 13. The bushing is then displaceable and can be pushed out of and / or pulled out of the carrier interior, for example by moving the piston at the end of the carrier interior previously closed by the end element 21.
- the pump can be modified in several ways.
- the channel-shaped gap regions 61b parallel to the axis of the bushing can be replaced by channel-shaped gap regions which run wholly or partly around the bushing along helical lines. It may even be possible to provide only a single, channel-shaped space region running along a helical line. Furthermore, it would be possible to form the portion of the socket outer surface lying against the carrier inner surface by a smooth cylindrical surface and to provide the carrier inner surface with ribs and / or grooves, so that the carrier inner surface and the socket outer surface have abutting sections and sections separated from each other by a space. Furthermore, the holes 19p of the bushing can be replaced by at least one notch cut into the jacket of the bushing from the end face 19c and preferably by several such notches.
- the entrance can possibly open into a ring-shaped, first carrier interior area that surrounds the axis 8, which partially surrounds the socket 19 and partly protrudes beyond the end of the socket 19 on the left in FIGS. 2 and 3, or even completely is located to the left of the end of the bushing 19 facing away from the pump chamber 63 and encloses the piston rod between the bushing 19 and the sealing insert 33.
- fluid guide means could be provided which have a check valve and connect the input of the pump through the end element 21 to the pump chamber.
- This check valve could then be designed similarly to the corresponding check valve of the pump known from the pump cited in the introduction EP-A 0 294 322.
- the metallic carrier 13 and / or the metallic jacket 16 and / or the metallic end element 21 could possibly also be provided with thermal insulation made of a non-metallic, thermally insulating material.
- the return line 77 can open into the interior of the reservoir 71 above the liquid level.
- the filling device 76 can be replaced, for example, by a tank for holding the fluid pumped and compressed by the pump, or by any device that requires a high pressure, cryogenic fluid to operate.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Pumpe zum Pumpen eines verflüssigtes Gas aufweisenden Fluids.
- Eine solche, auch als cryogene Pumpe bezeichnete Pumpe kann beispielsweise verwendet werden, um ein cryogenes Fluid zu pumpen, das mindestens zum Teil aus mindestens einem verflüssigten Gas - wie aus flüssigem Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Argon oder aus flüssiger Luft - besteht und eventuell auch noch gasförmiges Fluid aufweist. Die Pumpe kann eventuell auch zum Pumpen von verflüssigtem Butan oder Propan verwendet werden. Die Pumpe kann beispielsweise ausgebildet sein, um Fluid aus einem Reservoir in einen Behälter oder irgendeine Vorrichtung zu pumpen und den Druck des Fluids dabei von einem beispielsweise höchstens 1,5 MPa betragenden Wert auf beispielsweise 15 bis 50 MPa zu erhöhen.
- Eine aus der EP-A 0 294 322 bekannte Pumpe weist eine Antriebsvorrichtung mit einem Support und ein Pumpgehäuse auf. Dieses besitzt einen länglichen, hülsenförmigen, am Support befestigten Träger und eine teilweise in diesem steckende Buchse, die an ihrem aus dem Träger herausragenden Ende durch ein Endelement abgeschlossen ist. Ein in der Buchse verschiebbarer Kolben ist durch eine Kolbenstange mit einem beweglichen Teil der Antriebsvorrichtung verbunden. Die Innenfläche des hülsenförmigen Trägers hat Ringnuten, in denen Dichtungen zum Abdichten der Kolbenstange sitzen. Der grösste Teil des Trägers, die Buchse und das Endelement befinden sich in einem Behälter, dessen Wandung eine in der Nähe der Antriebsvorrichtung dicht und fest mit dem Träger verbundene Schale und eine mittels Schrauben lösbar mit dieser verbundene Schale hat. Die beiden Schalen haben eine Innenwand, eine Aussenwand und dazwischen einen evakuierten Zwischenraum. Der Eingang der Pumpe ist durch den Innenraum des Behälters und zwei je ein Rückschlagventil aufweisende Strömungswege mit einer in der Buchse vorhandenen, an die Stirnseite des Kolbens angrenzenden Pumpkammer verbunden. Die Pumpkammer ist ferner über ein Rückschlagventil mit einem Primär-Ausgang verbunden. Der Behälter weist einen Sekundär-Ausgang auf, durch den beim Betrieb verdampftes Fluid aus dem Behälter heraus strömt.
- Diese Pumpe hat sich an sich gut bewährt. Die Herstellung und Montage der aus mehreren Teilen bestehenden und evakuierte Zwischenräume aufweisenden Wandung des den grössten Teil des hülsenförmigen Trägers und Buchse enthaltenden Behälters erhöht jedoch die Herstellungskosten der Pumpe. Zudem verursacht die Wartung der bekannten Pumpe relativ viel Arbeit und lange Betriebsunterbrüche. Wenn beispielsweise die Buchse und der Kolben gereinigt oder eine der am Kolben oder im hülsenförmigen Träger befestigten Dichtungen oder ein Teil eines Rückschlagventils ersetzt werden sollen, muss man unter anderem die beiden Schalen des Behälters voneinander trennen, und danach wieder miteinander verbinden und eine Anzahl Schrauben sowie Muttern lösen und nachher wieder festschrauben.
- Eine aus der DE-B 1 169 973 bekannte Pumpe zum Pumpen eines verflüssigten Gases besitzt einen länglichen, hohlen Träger, eine sich zum Teil im Innenraum des Trägers befindende Buchse und einen verschiebbaren Kolben. Die Buchse hat zwei an der Innenfläche des Trägers anliegende Krägen und ist zwischen diesen durch einen Zwischenraum von der Innenfläche des Trägers getrennt. Ein Reservoir ist über eine Zuleitung mit dem in den Zwischenraum mündenden Eingang verbunden. Die Buchse enthält eine an die Stirnseite des Kolbens angrenzende Pumpkammer, die über ein Rückschlagventil mit einem Primär-Ausgang der Pumpe verbunden ist. Der Träger ist mit einem mit dem Zwischenraum verbundenen Sekundär-Ausgang versehen, der über eine Rückleitung mit dem Reservoir verbunden ist. Der Kolben ist hohl und hat an seiner Stirnseite eine Öffnung, die mit einem axial verschiebbaren Verschlusselement verschliessbar ist und zusammen mit dem letzteren ein Ventil bildet. Der genannte Zwischenraum ist durch radiale Löcher in der Wand der Buchse und durch längliche Löcher in der Wand des hohlen Kolbens mit dem in diesem vorhandenen Hohlraum verbunden. Beim Betrieb dieser Pumpe strömt Fluid aus dem Reservoir durch die Zuleitung sowie den Eingang in den genannten Zwischenraum und von diesem in den Hohlraum des Kolbens. Wenn der Kolben hin und her verschoben wird, kann Fluid aus dem Hohlraum des Kolbens in die Pumpkammer gelangen und durch den Kolben von dieser zum Primär-Ausgang gefördert werden. Wenn das im Zwischenraum vorhandene Fluid erwärmt wird, dehnt es sich aus, wobei auch Fluid verdampft. Es kann dann Fluid aus dem Zwischenraum durch den Sekundär-Ausgang und die Rückleitung in das Reservoir zurückströmen.
- Bei dieser bekannten Pumpe hat der die Buchse enthaltende Abschnitt des Trägers einen im Vergleich zu den Durchmessern der Buchse und des Kolbens grossen Aussendurchmesser und eine grosse, an die Umgebung der Pumpe angrenzende Aussenfläche. Ferner ragt der die Pumpkammer enthaltende Abschnitt der Buchse aus dem Träger hinaus. Es kann daher viel Wärme aus der Umgebung der Pumpe durch den Träger und den aus diesem herausragenden Endabschnitt der Buchse in den Träger sowie die Buchse hineinfliessen. Dadurch wird das cryogene Fluid stark erwärmt, so dass viel Fluid verdampft. Des weiteren befindet sich der Sekundär-Ausgang beim gleichen Längsabschnitt des Trägers wie der Eingang und ist bei der höchsten Stelle des Zwischenraums mit diesem verbunden. Ferner ist die Querschnittsfläche des Zwischenraums sehr viel grösser als die Durchlassquerschnittsfläche des Eingangs. Im Zwischenraum bildet sich daher keine definierte Fluid-Strömung aus. Der Zwischenraum kann daher unter Umständen an verschiedenen Stellen relativ warme Flüssigkeit oder Gasblasen enthalten, wobei diese warme Flüssigkeit und diese Gasblasen lange im Zwischenraum verbleiben können. Zudem wird die durch die Löcher der Buchse in diese und den Hohlraum des Kolbens einströmende Flüssigkeit beim Verschieben des Kolbens zwar hin und her verschoben, wobei aber das Volumen des Hohlraums konstant bleibt und dauernd relativ gross ist. Es können daher auch Gasblasen in den Hohlraum des Kolbens gelangen und relativ lange in diesem verbleiben. Im Zwischenraum und im Hohlraum des Kolbens vorhandene Gasblasen reduzieren jedoch den Wirkungsgrad der Pumpe und können sogar ein Abreissen der Flüssigkeitsströmung verursachen. Diese bekannte Pumpe funktioniert daher nicht zuverlässig und ist insbesondere kaum für einen längeren Dauerbetrieb geeignet. Die Betriebszuverlässigkeit der Pumpe gemäss der DE-B 1 169 973 liesse sich höchstens dadurch verbessern, dass der Träger und der aus diesem herausragende Abschnitt der Buchse noch durch eine zusätzliche Isolation gegen die Umgebung thermisch isoliert wird. Eine solche zusätzliche Isolation ist jedoch nicht offenbart und ergäbe zudem wahrscheinlich ähnliche Nachteile wie die Schalen der aus der EP-A 0 294 322 bekannten Pumpe.
- Das Reservoir enthält häufig noch feste, feine, im verflüssigten Gas dispergierte Verunreinigungs-Teilchen, die zum Beispiel aus einer Kohlenstoffverbindung bestehen und zusammen mit dem verflüssigten Gas in den Träger, in die Buchse und in den Hohlraum des Kolbens gelangen können. Da im Zwischenraum des Trägers und auch in relativ grossen Bereichen des Hohlraums des Kolbens der Pumpe gemäss der DE-B 1 169 973 keine definierte, starke Strömung entsteht, können sich Verunreinigungs-Teilchen im Innenraum des Trägers und im Kolben ablagern, so dass die Pumpe häufig zerlegt und gereinigt werden muss.
- Die zum Verschieben des Kolbens dienende Kolbenstange muss irgendwo abgedichtet werden. Die DE-B 1 169 973 offenbart keine diesem Zweck dienenden Dichtungen. Es scheint jedoch wahrscheinlich, dass das in der Praxis üblicherweise nach einer gewissen Anzahl Betriebsstunden erforderliche Auswechseln dieser Dichtungen ähnlich wie bei der vorher beschriebenen, aus der EP-A 0 294 322 bekannten Pumpe einen relativ langen Betriebsunterbruch nötig macht.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Nachteile der bekannten Pumpen zu beheben. Es wird insbesondere ausgehend von der Pumpe gemäss der DE-B 1 169 973 angestrebt, über längere Zeit einen zuverlässigen Betrieb der Pumpe mit gutem Wirkungsgrad zu ermöglichen. Dabei soll die Pumpe kostengünstig herstellbar sein und eine einfache, nur kurze Betriebsunterbrüche benötigende Wartung ermöglichen.
- Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch eine Pumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen der Pumpe gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
- Die Erfindung betrifft ferner eine Einrichtung gemäss dem Anspruch 12.
- Der Erfindungsgegenstand wird anschliessend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt,
- die Fig. 1 eine Ansicht einer Pumpe und einen Schnitt durch ein mit dieser verbundenes Reservoir,
- die Fig. 2 einen Schnitt durch das den Kolben der Pumpe enthaltende Pumpgehäuse in grösseren Massstab als die Fig. 1,
- die Fig. 3 einen Teil der Fig. 2 in noch grösserem Massstab, die Fig. 4 einen Querschnitt durch das Pumpgehäuse der Pumpe entlang der Linie IV - IV der Fig. 3, wobei einige Teile weggelassen wurden,
- die Fig. 5 einen Längsschnitt durch die separat gezeichnete, zum Führen des Kolbens dienende Buchse und
- die Fig. 6 einen Längsschnitt durch den zum Abdichten der Kolbenstange dienenden Dichtungseinsatz in noch grösserem Massstab als die Figuren 3 bis 5.
- In der Fig. 1 sind eine Auflage 1 und eine vereinfacht gezeichnete Pumpe 2 mit einer Antriebsvorrichtung 3 ersichtlich. Die letztere besitzt einen beim Betrieb der Pumpe ruhenden Support 4. Der Support 4 hat einen auf der Auflage 1 stehenden und beispielsweise an dieser befestigten Sockel 4a, ein Motorgehäuse 4b und einen horizontal vom letzteren wegragenden, hohlen, hülsenförmigen Verbindungsabschnitt 4c. Dessen dem Motorgehäuse 4b abgewandter, auch in der Fig. 2 ersichtlicher Endabschnitt ist mit einem Innengewinde 4d versehen. Die Antriebsvorrichtung 3 weist einen elektrischen Motor mit einem im Motorgehäuse 4b angeordneten, nicht ersichtlichen Rotor auf, dessen Welle mit einer Kurbel oder Exzenterscheibe verbunden ist. Diese ist ihrerseits über eine Pleuelstange oder dergleichen mit einem beweglichen, nämlich hin und her verschiebbaren, in der Fig. 2 angedeuteten Teil 5 der Antriebsvorrichtung 3 verbunden.
- Ein in der Fig. 1 in Ansicht und in den Figuren 2 sowie 3 im Schnitt ersichtliches Pumpgehäuse 7 definiert zusammen mit dem Verbindungsabschnitt 4c des Supports 4 eine horizontale Achse 8 und weist drei Fluidanschlüsse, nämlich einen Eingang 9, einen Primär- bzw. Druck-Ausgang 10 und einen Sekundär-bzw. Rückleit-Ausgang 11 sowie einen länglichen, im allgemeinen zur Achse 8 rotationssymmetrischen, auch noch in der Fig. 4 ersichtlichen Träger 13 auf. Der Träger 13 ist durch eine einstückige an beiden Enden offene, ungefähr zylindrische Hülse, gebildet und besteht aus einem metallischen Material, nämlich aus rostfreiem Stahl. Der Träger 13 hat eine Wand bzw. einen Mantel mit einer Träger-Aussenfläche 13a und einer Träger-Innenfläche 13b, die die Achse 8 und im Querschnitt einen Träger-Innenraum umschliesst. Der sich in der Fig. 2 links befindende Endabschnitt der Träger-Aussenfläche 13a ist mit einem Aussengewinde 13c versehen. Die Träger-Innenfläche 13b hat bei dem sich in der Fig. 2 links befindenden Ende des Trägers 13 einen kurzen, mit einem Innengewinde 13d versehenen Abschnitt, an den ein relativ langer, engerer zylindrischer Abschnitt 13e anschliesst. Dieser ist über eine radiale Schulterfläche 13f mit einem weiteren, zylindrischen Abschnitt 13g verbunden. Dieser ist mit einer an die Schulterfläche 13f angrenzenden und einen Abschnitt von dieser bildenden Ringnut 13h versehen. In der Nähe des rechten Endes des Trägers 13 ist ein Innengewinde 13i vorhanden. Die Wand des Trägers 13 hat ein zur Achse 8 radiales Loch 13m, das bei der tiefsten Umfangsstelle der Ringnut 13h in diese mündet. Der Eingang 9 ist durch das Loch 13m und ein in dieses hineinragendes, dicht mit dem Träger 13 verbundenes, nämlich verschweisstes Verbindungselement gebildet, das zum Beispiel aus einem Stutzen oder Rohrstück oder dergleichen besteht. Der Träger 13 hat ferner ein zur Achse 8 radiales Loch 13p, das bei der höchsten Umfangsstelle des weitern zylindrischen Abschnitts 13g in der Nähe von dessen der Ringnut 13h abgewandtem Ende in den zylindrischen Abschnitt 13a mündet. Der Sekundär- bzw. Rückleit-Ausgang 11 ist durch das Loch 13p und ein in dieses hineinragendes und dicht mit dem Träger 13 verbundes, beispielsweise verschweisstes Verbindungselement gebildet, das beispielsweise aus einem Stutzen oder Rohrstück oder dergleichen besteht. Die in den Träger-Innenraum mündende Mündung des Sekundär- bzw. Rückleit-Ausgangs 11 befindet sich also oberhalb der Mündung, bei welcher der Eingang 9 in den Träger-Innenraum mündet.
- Der Träger 13 ist lösbar mit dem Support 4 verbunden und nämlich mit seinem Aussengewinde 13c in das Innengewinde 4d des Support 4 eingeschraubt. Die Schraubverbindung ist mit einer auf das Aussengewinde 13c aufgeschraubten Kontermutter 14 gesichert.
- Auf dem an das Aussengewinde 13c anschliessenden, zylindrischen Abschnitt der Träger-Aussenfläche 13a ist eine metallische, zum Beispiel aus Aluminium bestehende Hülse 15 mit einer Anzahl ring- und scheibenförmiger, zur Verbesserung des Wärmeaustauschs mit der Umgebung dienender Rippen befestigt, nämlich aufgepresst. Ein zylindrischer Mantel 16 ist in der Nähe der Hülse 15 und in der Nähe des Sekundär- bzw. Rückleit-Ausgangs 11 dicht mit ringförmigen Abschnitten der Träger-Aussenfläche 13a verbunden - zum Beispiel verschweisst - und begrenzt zusammen mit dem sich zwischen diesen letztgenannten Abschnitten befindenden Abschnitt der Träger-Aussenfläche 13a einen im Querschnitt ringförmigen Hohlraum 17. Der Hohlraum 17 wird vom Verbindungselement des Eingangs 9 durchdrungen und ist dicht gegen die Umgebung der Pumpe 2 abgeschlossen. Der Mantel 16 ist mit einem Stutzen versehen, der einen Anschluss 18 bildet. Dieser besitzt einen verschliessbaren Durchgang, durch welchen der Hohlraum 17 vom Hersteller der Pumpe und/oder eventuell später vom Benutzer der Pumpe vor deren Verwendung evakuiert werden kann.
- Eine in den Figuren 2 bis 5 ersichtliche, an beiden Enden offene Buchse 19 ist koaxial sowie im wesentlichen rotationssymmetrisch zur Achse 8 und im wesentlichen hohlzylindrisch. Die Buchse 19 hat eine Wand bzw. einen Mantel mit einer Buchsen-Aussenfläche 19a, einer Buchsen-Innenfläche 19b und zwei ringförmigen, radialen, ebenen Endflächen 19c, 19d, die sich in den Figuren 2, 3, 5 am linken bzw. rechten Ende der Buchse befinden. Die Buchsen-Aussenfläche 19a hat an ihrem sich in den Figuren 2, 3, 5 links befindenden Ende einen kurzen, im allgemeinen zylindrischen Abschnitt 19e. Dieser ist durch einen von ihm weg nach aussen ragenden Bund 19r von einem dünneren Abschnitt 19f getrennt, der glatt und vollständig zylindrisch ist. Auf diesen folgt ein im allgemeinen zylindrischer Abschnitt 19g, der entlang seinem Umfang gleichmässig über den Umfang verteilte, axiale Rippen 19h und zwischen diesen vorhandene Nuten 19i aufweist, wobei mindestens drei und zum Beispiel acht Rippen 19h und die gleiche Anzahl Nuten 19i vorhanden sind. Die Rippen 19h haben an ihren äusseren Enden im Querschnitt bogenförmige Flächen, die zusammen eine Zylinderfläche definieren, deren Durchmesser grösser als der Durchmesser des glatten, zylindrischen Abschnitts 19f ist. Die Nuten 19i sind im Querschnitt bogenförmig und beispielsweise derart bemessen, dass ihre tiefste Stelle stetig an den zylindrischen Abschnitt 19f anschliesst. Der die Rippen 19h und Nuten 19i aufweisende Abschnitt 19g ist an seinen Enden durch eine von ihm weg nach innen geneigte, konische Übergangsfläche mit der radialen, ringförmigen Endfläche 19d der Buchse verbunden. Die Endflächen der Rippen 19h sind durch Abschnitte dieser konischen Übergangsflächen gebildet. Die Länge der Rippen 19h sowie der Nuten 19i beträgt vorzugsweise mindestens 30% und zum Beispiel 50% bis 70% der gesamten Länge der Buchse. Die Buchsen-Innenfläche 19b hat an ihrem sich in den Figuren 2, 3, 5 links befindenden Ende einen sich von diesem weg verjüngenden, konischen Abschnitt 19k. An diesen schliesst ein glatter zylindrischer Abschnitt 19m an, dessen Länge mindestens 50% und beispielsweise mindestens oder ungefähr 70% der gesamten Länge der Buchse 19 beträgt. Die Buchsen-Innenfläche 19b hat an dem sich in den Figuren 2, 3 rechts befindenden Ende der Buchse eine kurze, abgestufte Erweiterung 19n mit zwei zylindrischen Abschnitten. Der im allgemeinen zylindrische Abschnitt 19e der Buchsen-Aussenfläche ist mit einer Ringnut 19s versehen. Die Buchse 19 hat in der Nähe ihres sich in den Figuren 2, 3, 5 links befindenden Endes mindestens ein radiales Loch 19p und nämlich mehrere gleichmässig um ihren Umfang verteilte Löcher 19p. Diese führen vom Grund der Ringnut 19s durch den Mantel der Buchse hindurch und münden in den konischen Abschnitt 19k der Buchsen-Innenfläche 19b. Die Buchse 19 besteht aus einem einstückigen Körper aus einem metallischen Material, nämlich aus gehärtetem, rostfreiem Stahl.
- Die Buchse 19 befindet sich vollständig im Innenraum des hülsenförmigen Trägers 13 und zum grössten Teil in dem im Querschnitt vom weiteren, zylindrischen Abschnitt 13g der Träger-Innenfläche 13b umschlossenen Bereich des Träger-Innenraums. Die Buchse liegt mit ihrer radialen, ebenen Endfläche 19c an der radialen, ebenen Schulterfläche 13f des Trägers 13 an. Die Buchse 19 liegt mit den von den Scheiteln der Rippen 19h gebildeten Abschnitten der Buchsen-Aussenfläche 19a mindestens annähernd spielfrei und zum Beispiel auch mindestens annähernd fluiddicht am weiteren, zylindrischen Abschnitt 13g der Träger-Innenfläche 13b an, wobei die aneinander anliegenden Flächen des Trägers und der Buchse zum Beispiel zusammen einen Gleitsitz bilden. Das sich in den Figuren 2 und 3 rechts befindende Ende der Buchse 19 ragt ein wenig in denjenigen Längsbereich des Träger-Innenraums hinein, in welchen das Loch 13p mündet.
- In der Erweiterung 19n der Buchsen-Innenfläche ist eine aus einem Kupferring bestehende Dichtung 20 eingesetzt. Das Pumpgehäuse 7 besitzt an seinem der Antriebsvorrichtung 3 abgewandten, sich in den Figuren 1 bis 3 rechts befindenden Ende ein Endelement 21. Dieses besitzt einen dünneren Endabschnitt 21a, einen mittleren, dickeren Abschnitt 21b und einen noch dickeren Endabschnitt 21c. Der dünnere Endabschnitt 21a und mindestens der grösste Teil des mittleren Endabschnitts 21b befinden sich im Innenraum des Trägers 13, während sich der dickere Endabschnitt 21c ausserhalb von diesem befindet. Der mittlere Abschnitt 21b ist mit einem Aussengewinde 21d versehen. Dieses ist in das Innengewinde 13i des Trägers 13 eingeschraubt. Das Endelement 21 besitzt ein axiales, durchgehendes, abgestuftes Loch 21e. Dieses ist an seinem der Antriebsvorrichtung 3 abgewandten Ende mit einem Innengewinde 21f versehen. Der dünnere Endabschnitt 21a des Endelements ragt mit höchstens kleinem radialem Spiel in die Erweiterung 19n der Innenfläche der Buchse 19 hinein. Der Endabschnitt 21a drückt auf seiner Stirnseite mit einer radialen, ebenen Schulterfläche auf die Dichtung 20 und drückt die Buchse 19 über die Dichtung 20 gegen die Schulterfläche 13f. Die Buchse 19 wird also durch die aneinander anliegenden Abschnitte der Träger-Innenfläche 13 sowie der Buchsen-Aussenfläche 19a koaxial zur Achse 8 zentriert und durch das Endelement 21 gegen axiale Verschiebungen gesichert, festgeklemmt und lösbar mit dem Träger verbunden. Der sich ausserhalb des Trägers 13 befindende Endabschnitt 21c des Endelements 21 hat ungefähr den gleichen Durchmesser wie das sich in den Figuren 1 bis 3 rechts befindende Ende des hülsenförmigen Trägers 13 und hat eine dessen radialer Endfläche zugewandte und von dieser durch einen schmalen Spalt getrennte oder eventuell an dieser anliegende, radiale Ringfläche. Die Verbindung des Endelements 21 mit dem Träger 13 ist mit einer in der Nähe der äusseren Enden der Gewinde 13i, 21d angeordneten Dichtung 22 abgedichtet. Das Endelement 21 schliesst sowohl den Innenraum des Trägers 13 als auch den Innenraum der Buchse 19 an dem der Antriebsvorrichtung 3 abgewandten Ende des betreffenden Innenraums dicht ab.
- Ein ringförmiges Filter 23 ist auf dem zylindrischen Abschnitt 19e der Buchsen-Aussenfläche 19a aufgesteckt und wird durch die radiale Schulterfläche 13f des Trägers 13 und eine radiale Fläche des Bundes 19r gegen axiale Verschiebungen gesichert und festgehalten.
- Das Endelement 21 ist mit einem Rückschlagventil 25 versehen. Ein Nippel 26 besitzt ein Aussengewinde 26a, das in das Innengewinde 21f des Endelements 21 eingeschraubt ist. Der Nippel 26 ist mit einer ringförmigen Dichtung 27 abgedichtet und bildet den Primär- bzw. Druck-Ausgang 10 sowie zusammen mit dem Endelement 21 das Ventilgehäuse des Rückschlagventils 25. Der Nippel 26 hat ein durchgehendes, axiales, abgestuftes Loch, das zusammen mit einem Abschnitt des Lochs 21e den Durchgang 28 des Rückschlagventils 25 bildet. Im Durchgang 28 ist ein axial verschiebbares Verschlusselement 30 angeordnet. Dieses besteht aus fluorhaltigem Kunststoff und wird durch eine Feder 31 gegen eine als Ventilsitz dienende Schulterfläche des Durchgangs 28 gedrückt.
- Ein separat in der Fig. 6 gezeichneter Dichtungseinsatz 33 besitzt einen hülsenförmigen, formfesten, metallischen Dichtungshalter 34. Dieser hat am einen Ende einen Kragen 34a und in dessen Nähe ein Aussengewinde 34b. Die Aussenfläche des Dichtungshalters 34 hat mindestens eine Ringnut und zum Beispiel zwei solche. Der Dichtungshalter 34 hat ferner ein durchgehendes, axiales Loch 34c. Dieses besitzt einen zylindrischen Mittelabschnitt, der sich über den grössten Teil der Länge des Dichtungshalters erstreckt. Das Loch 34c hat an seinem der Antriebsvorrichtung 3 zugewandten Ende eine im allgemeinen ebenfalls zylindrische Erweiterung und am seinem anderen Ende eine kurze Verengung.
- Der Dichtungshalter 34 ist von der linken Seite der Fig. 2 her - d.h. von der der Antriebsvorrichtung 3 zugewandten Seite des Trägers 13 her - in den Innenraum des Trägers 13 eingesetzt und mit seinem Aussengewinde 34b mit dem Innengewinde 13d des Trägers 13 verschraubt, so dass der Kragen 34a an dem sich in der Fig. 1 links befindenden Ende des hülsenförmigen Trägers 13 anliegt. Der Dichtungshalter 34 erstreckt sich nach rechts annähernd durch den ganzen engeren zylindrischen Abschnitt 13e der Träger-Innenfläche 13b hindurch fast bis zu der im Träger vorhandenen Schulterfläche 13f. Die in der Aussenfläche des Dichtungshalters 34 vorhandenen Ringnuten enthalten ringförmige, zum Beispiel aus einem Kunststoff bestehende Dichtungen 35, welche den Dichtungshalter gegen den Abschnitt 13e der Träger-Innenfläche 13b abdichten. Das axiale Loch 34c enthält verschiedene in der Fig. ersichtliche Teile, zu denen ein in der Nähe des linken Ende des Dichtungshalters 34 angeordneter Seegerring 42 gehört. Zwischen diesem und dem anderen Ende des Dichtungshalters sind ein Eisabstreifer 36, eine Führungsbuchse 37, ringförmige, zum Beispiel verschiedene Querschnittsformen aufweisende Dichtungen 38, 39, 40, einige Tellerfedern 41 und noch einige sonstige ring- oder hülsenförmige Teile angeordnet, um die Führungsbuchse 37 und die Dichtungen 38, 39, 40 in den vorgesehenen Stellungen zu halten. Die Führungsbuchse 37 besteht aus einem metallischen Mantel, nämlich Bronze, und aus einem fluorhaltigen Kunststoff. Die Dichtungen 38, 39, 40 bestehen aus Kunststoff. Die restlichen im Dichtungshalter angeordneten Teile bestehen aus metallischen Materialien. Im übrigen sei angemerkt, dass die im Dichtungshalter angeordneten Teile in den Figuren 2 und 3 zur Vereinfachung weggelassen wurden.
- Ein metallischer, zum Beispiel aus Bronze bestehender Kolben 43 ist verschiebbar in der Buchse 19 geführt. Der Kolben 43 hat eine im allgemeinen zylindrische Aussenfläche, die mit einigen Ringnuten versehen ist. In diese sind ringförmige, bei einer Umfangsstelle unterbrochene Dichtungen 44, 45 eingesetzt. Diese haben verschiedene Querschnittsformen und bestehen zum Beispiel aus einem fluorhaltigen Polymer. Der Kolben 43 besitzt ein axiales Sackloch 43a, das in die dem Endelement 21 zugewandte Stirnfläche des Kolbens mündet und dort einen konischen Mündungsabschnitt hat. Ferner hat der Kolben 43 von seinem dem Endelement 21 abgewandten Ende her in ihn eindringende, gegen die Achse 8 geneigte, in den Grundabschnitt des Sacklochs 43a mündende Löcher 43b. Der Kolben 43 ist mit einem Ende einer mehrteiligen Kolbenstange 47 verbunden, welche durch den Dichtungseinsatz 33 hindurch aus dem Träger 13 herausragt. Die Kolbenstange 47 ist durch die Führungsbuchse 37 des Dichtungseinsatzes 33 verschiebbar geführt. Die ausserhalb oder innerhalb des Dichtungshalters 34 von diesem gehaltenen Dichtungen 35, 38, 39, 40 verbinden die Kolbenstange 47 indirekt dicht mit der Träger-Innenfläche 13b und dichten also die Herausführung der Kolbenstange aus dem die Buchse 19 enthaltenden Bereich des Träger-Innenraums ab. Die Kolbenstange 47 hat an ihrem dem Kolben 43 abgewandten, aus dem Träger 13 und dem Dichtungseinsatz 33 herausragenden Ende ein axiales Sackloch 47a mit einem Innengewinde und ist dort lösbar mit dem beweglichen, parallel zur Achse 8 verschiebbaren Teil 5 der Antriebsvorrichtung 3 verbunden, nämlich verschraubt. Es sei jedoch angemerkt, dass die Kolbenstange auch durch andere Verbindungsmittel lösbar mit der Antriebsvorrichtung verbunden werden könnte.
- Im axialen Sackloch 43a des Kolbens 43 ist ein etwas vereinfacht gezeichneter Führungskörper 51 befestigt, der ein zur Achse 8 koaxiales Führungsloch und einige um dieses herum verteilte, axiale Durchgangslöcher hat. Ein Verschlusselement 52 besitzt einen verschiebbar im Führungsloch des Führungskörpers 51 geführten Schaft und einen Teller. Eine den Schaft des Verschlusselements 52 umschliessende Feder 53 greift mit einem Ende am Führungskörper 51 und mit dem andern Ende an einer am Schaft festgeschraubten Mutter an und übt eine vom Endelement 21 weggerichtete Kraft auf das Verschlusselement 52 aus. Die Löcher 43a, 43b, des Kolbens, der Führungskörper 51, das Verschlusselement 52 und die Feder 53 bilden zusammen ein Rückschlagventil 55 mit einem den Kolben durchdringenden Durchgang. Das Verschlusselement 52 ist in der Fig. 3 in seiner Freigabe-Stellung gezeichnet, in welcher Fluid durch das Rückschlagventil 55 strömen kann. Das Verschlusselement 52 kann ausgehend von der gezeichneten Freigabe-Stellung durch die Feder 53 nach links in eine Schliess-Stellung verschoben werden, in welcher der Teller des Verschlusselements 52 auf dem als Ventilsitz dienenden, konischen Mündungsabschnitt des Sacklochs 43a aufliegt.
- Die einander zugewandten, stellenweise voneinander in Abstand stehenden Abschnitte der Träger-Innenfläche 13b und der Buchsen-Aussenfläche 19a begrenzen zusammen einen freien Zwischenraum 61, der durch einen Bereich des Träger-Innenraums gebildet ist. Der Zwischenraum 61 hat zwischen dem zylindrischen Abschnitten 19e sowie 19f der Buchsen-Aussenfläche 19a und dem diesen Abschnitten 19e, 19f gegenüberstehenden Teil des zylindrischen Abschnitts 13g der Träger-Innenfläche 13b einen Zwischenraum-Bereich 61a. Dieser ist im Querschnitt ringförmig, umschliesst die Buchse 19 unterbruchslos entlang dem ganzen Umfang von dieser und wird auch als erster, ringförmiger Innenraum-Bereich des Trägers bezeichnet. Die Nuten 19i der Buchse 19 begrenzen zusammen mit den ihnen gegenüberstehenden Teilen des zylindrischen Abschnitts 13g der Träger-Innenfläche 13b zur Achse 8 parallele, gleichmässig um diese und die Buchse herum verteilte, kanalförmige Zwischenraum-Bereiche 61b. Der Durchgang des Eingangs 9 mündet in die tiefste Stelle des ringförmigen Zwischenraum-Bereichs 61a. Dieser ist durch das Filter 23 und die Ringnut 19s sowie die Löcher 19p der Buchse 19 hindurch mit einem sich in den Figuren 2 und 3 links vom Kolben 43 und mindestens zu einem grossen Teil zwischen der Buchsen-Innenfläche 19b und der Kolbenstange 47 befindenden Träger-Innenraum-Bereich verbunden. Dieser wird im folgenden als Ansaugkammer 62 bezeichnet. Da der Durchmesser der Kolbenstange kleiner ist als der Durchmesser des Kolbens, wird die Grösse des Volumens der Ansaugkammer 62 beim Verschieben des Kolbens verändert. Wenn der Kolben sich in seiner am weitesten vom Endelement 21 entfernten Endstellung befindet, ist das Volumen der Ansaugkammer wesentlich kleiner als wenn sich der Kolben in seiner sich am nächsten beim Endelement 21 befindenden Endstellung befindet. Die Ansaugkammer 62 ist ihrerseits durch den Kolben hindurch über das im und/oder am Kolben vorhandene Rückschlagventil 55 mit einer Pumpkammer 63 verbunden, die im Querschnitt von der Buchsen-Innenfläche 19b umschlossen und durch die einander zugewandten Flächen des Endelements 21 sowie des Kolbens 43 begrenzt ist. Es sei angemerkt, dass die axiale Abmessung und das Volumen der Pumpkammer 63 beim Verschieben des Kolbens verändert und insbesondere mindestens annähernd Null werden, wenn der Kolben in seine sich am nächsten beim Endelement 21 befindende Endstellung verschoben wird. Die Pumpkammer 63 ist über das Rückschlagventil 25 mit dem den Primär- bzw. Druck-Ausgang 10 bildenden Nippel 26 verbunden. Die kanalförmigen Zwischenraum-Bereiche 61b münden bei ihren sich näher beim Endelement 21 befindenden Enden in einen zwischen dem zylindrischen Abschnitt 13g der Träger-Innenfläche 13b und einer dieser in Abstand gegenüberstehenden Fläche des Endelements vorhandenen freien, zweiten ringförmigen Innenraum-Bereich 64 des Träger-Innenraums. Der Innenraum-Bereich 64 ist mit dem Durchgang des Sekundär- bzw. Rückleit-Ausgangs 11 verbunden. Der Eingang 9 ist also einerseits über die Ansaugkammer 62 sowie das im Kolben 43 vorhandene Rückschlagventil 55 mit der Pumpkammer 63 und andererseits durch den an Abschnitte der Buchsen-Aussenfläche 19a angrenzenden Zwischenraum 61 mit dem Sekundär- bzw. Rückleit-Ausgang 11 verbunden. Die Durchgänge des Eingangs 9 und des Sekundär- bzw. Rückleit-Ausgangs 11 sind in der Nähe der einander abgewandten Enden der Buchse 19 bei Stellen der Buchse 19 sowie des Zwischenraums 61 mit dem letzteren verbunden, die parallel zur Achse 8 in einem Abstand voneinander stehen. Dieser Abstand beträgt vorzugsweise mindestens 50% und beispielsweise mindestens 70% der Länge der Buchse 19.
- In der Fig. 1 ist noch ein Reservoir 71 ersichtlich. Dieses besteht zum Beispiel aus einem doppelwandigen Tank mit einem allseitig dicht gegen die Umgebung abgeschlossenen Innenraum. Das Reservoir 71 enthält ein cryogenes Fluid 72 mit einer flüssigen Phase und einer sich über dem Flüssigkeitsniveau befindenden, gas- bzw. dampfförmigen Phase. Das Reservoir 71 ist vorzugsweise oberhalb der Pumpe 2 angeordnet und durch eine in der Nähe seiner tiefsten Stelle in seinen Innenraum mündende Zuleitung 73 sowie ein in dieser vorhandenes Ventil 74 mit dem Eingang 9 der Pumpe 2 verbunden. Die Zuleitung 73 hat einen ungefähr senkrecht vom Reservoir 71 nach unten verlaufenden Abschnitt und an dessen unterem Ende einen Bogen, der ein Siphon bildet. Von diesem verläuft die Leitung dann leicht geneigt nach oben zum Eingang 9, wobei das Ventil 74 zum Beispiel zwischen dem Siphon und dem Eingang 9 angeordnet ist. Der Primär- bzw. Druck-Ausgang 10 der Pumpe 2 ist zum Beispiel durch eine Leitung 75 mit einer Abfüllvorrichtung 76 verbunden. Der Sekundär- bzw. Rückleit-Ausgang 11 ist durch eine Rückleitung 77 mit einem Ventil 78 mit dem Reservoir 71 verbunden. Die Rückleitung 77 hat einen vom Ausgang 11 weg leicht geneigt ansteigenden, das Ventil 78 enthaltenden Abschnitt, ein durch einen Bogen gebildetes Siphon und einen von diesem weg ungefähr senkrecht ansteigenden Abschnitt. Dieser mündet oberhalb der Mündung der Zuleitung 73 in den Innenraum des Reservoirs 71, wobei zumindest der Mündungsabschnitt der Rückleitung genau vertikal ist und eine nach oben offene Mündung hat.
- Der maximale Aussendurchmesser des die Buchse 19 enthaltenden Längsabschnitts des Trägers 13 und vorzugsweise des ganzen Trägers beträgt höchstens das 3fache, vorzugsweise höchstens das 2,5fache und zum Beispiel ungefähr das 2fache des Aussendurchmessers des Kolbens 43. Der Aussendurchmesser von jedem die Buchse 19 im Querschnitt umschliessenden Abschnitt des Trägers 13 ist ferner höchstens 50% grösser als der Aussendurchmesser des im betreffenden Abschnitt des Trägers vorhandenen Abschnitts der Buchse. Die radial zur Achse 8 gemessene Abmessung des Zwischenraums 61 ist vorzugsweise mindestens im wesentlichen im ganzen Zwischenraum höchstens 20% und zum Beispiel höchstens oder ungefähr 10% des Durchmessers der Buchse 19 bei der betreffenden Stelle der Buchse und des Zwischenraums. Der Durchgang des Eingangs 9 und der Durchgang des Sekundär- bzw. Rückleit-Ausgangs 11 haben vorzugsweise ungefähr gleich grosse Durchlassquerschnittsflächen wie die Leitungen 73, 77. Die kanalförmigen Zwischenraum-Bereiche 61b haben zusammen eine Durchlassquerschnittsfläche, die höchstens das 3fache, besser höchstens das 2fache und zum Beispiel 50% bis 150% der Durchlassquerschnittsflächen des Eingangs 9 und des Sekundär- bzw. Rückleit-Ausgangs 11 betragen. Der ringförmige Zwischenraum-Bereich 61a, der Ansaugkammer 62 und der ringförmige Träger-Innenraum-Bereich 64 haben ebenfalls relativ kleine Durchlassquerschnittsflächen und Volumina.
- Nun wird der Betrieb der Pumpe 2 erläutert. Der Druck des im Reservoir 71 vorhandenen Fluids ist vorzugsweise grösser als der Umgebungs-Luftdruck und beträgt vorzugsweise höchstens 1,5 MPa sowie zum Beispiel etwa 0,3 MPa bis 1 MPa. Das Reservoir 71 soll beim normalen Betrieb der Pumpe 2 vorzugsweise soviel von der flüssigen Phase des Fluids 72 enthalten, dass sich das Flüssigkeitsniveau oberhalb der Mündung der Rückleitung 77 befindet. Das Reservoir 71 bildet dann zusammen mit den mit seinem Innenraum verbundenen Abschnitten der Leitungen 73, 77 einen sogenannten Thermo-Siphon-Tank. Der Druck des im Reservoir vorhandenen Fluids ist infolge der auf dieses einwirkenden Schwerkraft bei der Mündung der Zuleitung 73 grösser als bei der Mündung der Rückleitung 77.
- Die Antriebsvorrichtung 3 verschiebt den Kolben 43 beim Betrieb der Pumpe 2 entlang der Achse 8 in der den Kolben 43 führenden Buchse 19 hin und her, so dass der Kolben abwechselnd einen Saughub und einen Druckhub ausführt. Der Kolben 43 wird beim Saughub in der in den Figuren 2 und 3 durch einen Pfeil bezeichneten Richtung vom Endelement 21 weg zur Antriebsvorrichtung 3 hin verschoben. Die beiden Ventile 74 und 78 werden vor der Inbetriebsetzung der Pumpe 2 geöffnet, so dass mindestens zum Teil und vorzugsweise möglichst vollständig flüssiges Fluid 72 aus dem Reservoir 71 durch den Eingang 9 in den Zwischenraum 61 der Pumpe hineinströmen kann. Beim Saughub des Kolbens 43 wird der Teller des Verschlusselements 52 vom Ventilsitz des Rückschlagventils 55 abgehoben, wie es in den Figuren 2 und 3 gezeichnet ist. Ferner wird das Volumen der Ansaugkammer 62 verkleinert, während das Volumen der Pumpkammer 63 vergrössert wird. Der Kolben fördert dann Fluid aus der Ansaugkammer 62 durch die zusammen den Durchgang des Rückschlagventils 55 bildenden Löcher 43a, 43b des Kolbens 43 in die Pumpkammer 63 hinein. Dabei kann nötigenfalls noch Fluid aus dem Reservoir 71 in die Ansaugkammer 62 nachströmen. Das Rückschlagventil 25 ist während des Saughubs geschlossen.
- Wenn der Kolben beim anschliessenden Druckhub zum Endelement 21 hin verschoben wird, schliesst sich das Rückschlagventil 55, während das Rückschlagventil 25 geöffnet wird. Der Kolben drückt beim Druckhub Fluid aus der Pumpkammer 63 durch den Durchgang des Rückschlagventils 25 zum Primär- bzw. Druck-Ausgang 10, wobei der Druck des Fluids zum Beispiel 10mal bis 100mal oder eventuell noch mehr vergrössert wird. Dieses mindestens zum Teil und beispielsweise zum grössten Teil oder vollständig flüssige Fluid strömt dann durch die Leitung 75 zur Abfüllvorrichtung 76 und wird mit dieser zum Beispiel zuerst verdampft und dann mindestens annähernd mit dem von der Pumpe 2 erzeugten Druck in gasförmigem Zustand oder eventuell ohne vorherige Verdampfung in flüssigem Zustand in Druckbehälter abgefüllt. Beim Druckhub wird das Volumen der Ansaugkammer 62 vergrössert, so dass der Kolben Fluid aus dem Reservoir 71 durch den Eingang 9, den ringförmigen Zwischenraum-Bereich 61a, das Filter 23, die Ringnut 19s und die Löcher 19p in die Ansaugkammer 62 saugt.
- Beim Betrieb der Pumpe 2 strömt ein Teil des durch den Eingang 10 in den ringförmigen Zwischenraum-Bereich 61a gelangenden Fluids durch die kanalförmigen Zwischenraum-bereiche 61b in den Innenraum-Bereich 64 und von diesem durch den Sekundär- bzw. Rückleit-Ausgang 11 sowie durch die Rückleitung 77 zurück in das Reservoir 71. Diese Strömung wird durch die im Innenraum des Reservoirs zwischen den Mündungen der beiden Leitungen 73, 77 vorhandene Druck-Differenz, durch die thermisch erzeugte Konvektion und durch die bei den Saughüben des Kolbens von diesem erzeugte Saugwirkung aufrecht erhalten, so dass beim Betrieb der Pumpe dauernd und eventuell mehr oder weniger stark pulsierend oder zumindest intermittierend Fluid in der beschriebenen Weise durch die Zwischenraum-Bereiche 61a, 61b und die Rückleitung 73 strömt. Die die Endflächen der Rippen 19h bildenden, konische Übergangsfläche an den Enden des Abschnitts 19g der Buchsen-Aussenfläche 19a wirkt der Bildung von Turbulenzen des Fluids entgegen, wenn dieses in die kanalförmigen Zwischenraum-Bereiche 61b hinein und wieder aus diesen heraus strömt.
- Der die Buchse 19 enthaltende Längsabschnitt des Trägers hat - im Vergleich zum Durchmesser des Kolbens 43 - nur einen relativ kleinen Umfang und nur eine relativ kleine Aussenfläche. Der evakuierte Hohlraum 17 isoliert zudem den den grössten Teil der Buchse sowie einen Teil der Kolbenstange 47 enthaltenden Längsbereich des hülsenförmigen Trägers 13 thermisch gegen die Umgebung. Es gelangt daher nur relativ wenig Wärme von der das Pumpgehäuse 7 umgebenden Luft durch den Träger 13 und das Endelement 21 hindurch in die cryogenes Fluid enthaltenden Bereiche des Träger-Innenraums und zur Buchse 19. Ferner wird auch noch ein wenig Wärme aus der Umgebung und von der Antriebsvorrichtung 3 durch die Kolbenstange 47 zum Kolben 43 geleitet. Zudem kann ein Teil der vom Kolben beim Pumpen geleisteten, mechanischen Arbeit in Wärme umgewandelt werden.
- Das entlang der Buchsen-Aussenfläche 19a durch den Zwischenraum und den Innenraum-Bereich 64 strömende Fluid isoliert die Buchse 19 thermisch gegen den Träger 13 und das Endelement und nimmt aus der Umgebung durch den Träger 13 und das Endelement 21 hindurch geleitete Wärme auf. Ferner nimmt das den Zwischenraum 61 und den Innenraum-Bereich 64 durchströmende Fluid eventuell auch Wärme von der Buchse 19 und durch deren Mantel hindurch geleitete Wärme vom Innenraum der Buchse sowie vom Kolben 43 auf. Das entlang der Buchsen-Aussenfläche 19a durch die Zwischenraum-Bereiche 61a, 61b, sowie durch den Innenraum-Bereich 64 strömende Fluid wird also erwärmt. Die ursprünglich flüssige Phase dieses im Zwischenraum 61 vorhandenen Fluids kann wegen der Erwärmung des Fluids möglicherweise zum Teil oder zeitweise - beispielsweise in der Startphase - sogar vollständig verdampft werden, wobei das Fluid Verdampfungswärme aufnimmt und die in Kontakt mit dem Fluid gelangenden Flächen kühlt. Die vom Fluid in Form einer Temperaturerhöhung und/oder von Verdampfungswärme aufgenommene Wärme wird von dem durch den Sekundär- bzw. Rückleit-Ausgang 11 ausströmenden Fluid von der Pumpe 2 abtransportiert und gelangt dann ins Reservoir 71.
- Das vom Eingang 9 durch den Zwischenraum 61 und durch den Innenraum-Bereich 64 strömende Fluid ermöglicht also eine wirkungsvolle thermische Isolation und Kühlung der Buchse 19, ohne dass der die Buchse 9 enthaltende Teil des Trägers 13 und das Endelement 21 in einem flüssiges, cryogenes Fluid enthaltenden Behälter angeordnet werden müssen. Die Ausbildung und die Anordnung der Buchse 19 in Träger 13 gewährleisten, dass sich praktisch an allen freien Träger-Innenraum-Bereichen, die cryogenes Fluid enthalten, dauernd eine definierte, ausgeprägte kontinuierliche und/oder pulsierende Fluid-Strömung ergibt. Dementsprechend verbleiben beim Betrieb der Pumpe weder stark erwärmte Flüssigkeit noch allenfalls vorhandene Blasen von gasförmigem Fluid während längerer Zeit in irgend einem Bereich des Träger-Innenraums. Ferner wird beim Betrieb der Pumpe vom Eingang 9 kommendes Fluid auf kurzem Weg in die Ansaugkammer 62 gesaugt. Das in die Ansaugkammer gelangende Fluid ist daher relativ kalt und mindestens annähernd vollständig flüssig. Zudem wird das am Ende eines Druckhubs in der Ansaugkammer 62 vorhandene Fluid zum grössten Teil durch den Kolben hindurch in die Pumpkammer 63 gefördert. Es können daher insbesondere auch praktisch keine Gasblasen oder warmes, flüssiges Fluid während längerer Zeit in der Buchse und im Kolben verbleiben. Die Pumpe kann aus diesen Gründen während langer Zeit ununterbrochen mit hohem, ungefähr konstantem Wirkungsgrad Fluid fördern und dessen Druck erhöhen.
- Das entlang der Buchsen-Aussenfläche durch den Zwischenraum 61 und den Innenraum-Bereich 64 strömende Fluid kühlt beim Starten der Pumpe 2 die Buchse 19, die an den Träger-Innenraum angrenzenden Bereich des Endelements 21, den Kolben 43 und andere beim Betrieb der Pumpe in Kontakt mit dem gepumpten Fluid kommende Teile rasch auf eine Temperatur ab, bei welcher die flüssige Phase des zum Primär- bzw. Druck-Ausgang 10 gepumpten Fluids flüssig bleibt. Dabei muss nur relativ wenig flüssiges Fluid verdampft werden, um die in Kontakt mit dem zu pumpenden Fluid kommenden Teile von normaler Raumtemperatur auf eine das Pumpen von verflüssigtem Gas ermöglichende Temperatur abzukühlen.
- Das Filter 23 hat zum Beispiel eine Maschenweite von 0,2 mm bis 0,3 mm so dass es grosse, feste Teilchen - wie Metallspäne und dergleichen - zurückhält. Wie schon in der Einleitung beschrieben, kann das im Reservoir gespeicherte Fluid eventuell feine, teilchenförmige Verunreinigungen, zum Beispiel Teilchen von Kohlenstoffverbindungen enthalten. Solche feine Verunreinigungs-Teilchen haben zum Beispiel Grössen von einigen Mikrometern. Wenn derartige Teilchen in der flüssigen Phase des im Reservoir vorhandenen Fluids dispergiert sind, können solche Teilchen zusammen mit dem Fluid in die Pumpe und auch durch das Filter 23 hindurch gelangen. Da das in die Pumpe gelangende Fluid alle Fluid enthaltenden Innenraum-Bereiche der Pumpe kontinuierlich oder zumindest intermittierend durchströmt, werden praktisch alle vom Fluid in die Pumpe hinein transportierten, feinen Verunreinigungs-Teilchen auch wieder vom Fluid aus der Pumpe heraus transportiert und nicht in der Pumpe abgelagert.
- Wenn die Pumpe 2 am Ende eines Pumpvorgangs ausgeschaltet wird und wenn eventuell das Reservoir 71 leer ist, kann man die beiden Ventile 74, 78 schliessen. Die Anordnung und Ausbildung des Reservoirs 71 und der Leitungen 73, 77 verhindern dann, dass die Leitungen 73, 77 wegen beispielsweise in sie gelangender, feuchter Luft zufrieren.
- Die verschiedenen Teile der Pumpe 2 sind relativ einfach herstellbar und können vor allem mit geringem Zeit- und Arbeitsaufwand zusammengebaut werden. Das Endelement 21 braucht zum Beispiel lediglich mit seinem Aussengewinde 21d in das Innengewinde 13i des hülsenförmigen Trägers 13 eingeschraubt zu werden und hält dann auch die vorher in den Träger-Innenraum eingeschobene Buchse 19 fest. Der Nippel 26 braucht ebenfalls nur in das Endelement 21 eingeschraubt zu werden. Des weiteren kann man den Dichtungseinsatz 33 mit allen zu ihm gehörenden Dichtungen und sonstigen Teilen als Ganzes in den Träger 13 hineinschieben und einschrauben Ferner kann man die Kolbenstange 47 schnell mit dem beweglichen Teil 5 der Antriebsvorrichtung 3 und den Träger 13 schnell mit dem Verbindungsabschnitt 4c des Supports 4 verschrauben.
- Bei der Wartung der Pumpe 2 kann es erforderlich sein, gewisse Bereiche des Träger-Innenraums zugänglich zu machen, um beispielsweise das Filter 23 und/oder eventuell andere sich innerhalb des Trägers befindende Flächen und Teile zu reinigen oder um einen abgenutzten oder sonst beschädigten Teil - wie beispielsweise eine der am Kolben befestigten Dichtungen 44, 45 oder eine der an der Kolbenstange angreifenden Dichtungen 38, 40 - zu ersetzen. Die Pumpe 2 kann für solche Wartungsarbeiten soweit als nötig zerlegt und nachher wieder zusammengebaut werden. Wenn zum Beispiel die Buchse 19 zugänglich gemacht und ausgebaut werden soll, muss hierzu lediglich das Endelement 21 vom hülsenförmigen Träger 13 herausgeschraubt werden. Die Buchse ist dann verschiebbar und kann zum Beispiel durch Verschieben des Kolbens bei dem vorher durch das Endelement 21 abgeschlossene Ende des Träger-Innenraums aus diesem herausgeschoben und/oder herausgezogen werden. Nötigenfalls kann man auch den Träger 13 vom Support 4 und/oder die Kolbenstange 47 vom Teil 5 losschrauben und den Kolben aus dem Träger herausnehmen. Wenn ein Benutzer der Pumpe zum Beispiel die zum Abdichten der Kolbenstange 47 dienenden Dichtungen 38, 40 ersetzen will, kann er den hülsenförmigen Träger 13 vom Support 4 abschrauben, den Dichtungseinsatz 33 aus dem Träger herausschrauben, einen Reserve-Dichtungseinsatz in den Träger einschrauben und den ausgebauten Dichtungseinsatz dann zum Beispiel vom Lieferanten der Pumpe revidieren lassen. Die Wartung der Pumpe erfordert also nur wenig Arbeit sowie Zeit und insbesondere auch nur kurze Unterbrüche des Betriebs der Pumpe. Dabei ist es insbesondere von Vorteil, dass das Endelement 21 und der mit diesem verbundene Endabschnitt des Trägers 13 unmittelbar an den Umgebungsraum der Pumpe angrenzen und also von der Umgebung der Pumpe her zugänglich sind, ohne dass zuerst noch ein den Träger einschliessender, beim Betrieb verflüssigtes Gas enthaltender Behälter demontiert werden muss.
- Die Pumpe kann in verschiedener Hinsicht geändert werden.
- Man kann zum Beispiel die zur Achse der Buchse parallelen, kanalförmigen Zwischenraum-Bereiche 61b durch kanalförmige Zwischenraum-Bereiche ersetzen, die entlang von Schraubenlinien ganz oder teilweise um die Buchse herum verlaufen. Eventuell kann sogar nur ein einziger, kanalförmiger, entlang einer Schraubenlinie verlaufender Zwischenraum-Bereich vorgesehen werden. Ferner wäre es möglich, den an der Träger-Innenfläche anliegenden Abschnitt der Buchsen-Aussenfläche durch eine glatte zylindrische Fläche zu bilden und dafür die Träger-Innenfläche mit Rippen und/oder Nuten zu versehen, so dass die Träger-Innenfläche und die Buchsen-Aussenfläche aneinander anliegende Abschnitte und voneinander durch einen Zwischenraum getrennte Abschnitte haben. Ferner können die Löcher 19p der Buchse durch mindestens einen von der Endfläche 19c her in den Mantel der Buchse eingeschnittenen Einschnitt und vorzugsweise durch mehrere solche Einschnitte ersetzt werden. Der Eingang kann möglicherweise in einen ringförmigen, die Achse 8 umschliessenden, ersten Träger-Innenraum-Bereich münden, der teilweise die Buchse 19 umschliesst und teilweise über das sich in den Figuren 2 sowie 3 links befindende Ende der Buchse 19 hinausragt oder der sich sogar vollständig links von dem der Pumpkammer 63 abgewandten Ende der Buchse 19 befindet und zwischen der Buchse 19 und dem Dichtungseinsatz 33 die Kolbenstange umschliesst.
- Es wäre zudem möglich, den die Buchse enthaltenden Abschnitt des Trägers innen noch mit einer wärmeisolierenden, zum Beispiel aus Kunststoff bestehenden Hülse zu versehen, die dann einen Teil der Träger-Innenfläche bildet und die Buchse stellenweise radial abstützt sowie zentriert.
- Des weiteren könnte man zusätzlich zu dem im Kolben vorhandenen Rückschlagventil 55 oder anstelle von diesem Fluid-Leitmittel vorsehen, die ein Rückschlagventil aufweisen und den Eingang der Pumpe durch das Endelement 21 hindurch mit der Pumpkammer verbinden. Dieses Rückschlagventil könnte dann ähnlich ausgebildet werden wie das entsprechende Rückschlagventil der aus der in der Einleitung zitierten EP-A 0 294 322 bekannten Pumpe.
- Zudem könnte man den metallischen Träger 13 und/oder den metallischen Mantel 16 und/oder das metallische Endelement 21 eventuell noch mit einer Wärmeisolation aus einem nichtmetallischen, wärmeisolierenden Material versehen.
- Ferner kann die Rückleitung 77 oberhalb des Flüssigkeitsniveaus in den Innenraum des Reservoirs 71 münden.
- Die Abfüllvorrichtung 76 kann zum Beispiel durch einen Tank zum Aufnehmen des von der Pumpe gepumpten sowie komprimierten Fluids oder durch irgend eine Vorrichtung ersetzt werden, für deren Betrieb ein unter grossem Druck stehendes, cryogenes Fluid erforderlich ist.
Claims (12)
- Pumpe zum Pumpen eines verflüssigtes Gas aufweisenden Fluids (72), mit einem Träger (13), einer mindestens zum Teil in diesem angeordneten Buchse (19), einem in dieser entlang einer Achse (8) verschiebbaren Kolben (43), einem Eingang (9), einem Primär-Ausgang (10) und einem Sekundär-Ausgang (11), wobei der Träger (13) eine Träger-Innenfläche (13b) hat und die Buchse (19) eine Buchsen-Aussenfläche (19a) hat, die stellenweise von der Träger-Innenfläche (13b) abgestützt und stellenweise von dieser durch einen Zwischenraum (61) getrennt ist, wobei der Kolben (43) an eine Pumpkammer (63) angrenzt, der Eingang (9) und der Sekundär-Ausgang (11) mit dem Zwischenraum (61) verbunden sind und der Eingang (9) über ein Rückschlagventil (55) mit der Pumpkammer (63) und diese über ein Rückschlagventil (25) mit dem Primär-Ausgang (10) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundär-Ausgang (11) bei einer Stelle mit dem Zwischenraum (61) verbunden ist, die entlang der Achse (8) in Abstand von der Stelle steht, bei welcher der Zwischenraum (61) mit dem Eingang (9) verbunden ist.
- Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Buchse (19) vollständig und über ihre ganze Länge in einem im Querschnitt von Träger (13) umschlossenen Innenraum befindet.
- Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine sich mindestens zum Teil innerhalb der Buchse (19) befindende, durch den Kolben (43) von der Pumpkammer (63) getrennte Ansaugkammer (62) vorhanden ist, die durch den Kolben (43) hindurch über das erstgenannte Rückschlagventil (55) mit der Pumpkammer (63) verbunden ist, dass der Eingang (9) und die Ansaugkammer (62) mit einem ersten Innenraum-Bereich des Trägers (13) verbunden sind und dass der erste Innenraum-Bereich des Trägers (13) durch mindestens einen sich entlang der Achse (8) erstreckenden Bereich (61b) des Zwischenraums (61) mit einem zweiten, mit dem Sekundär-Ausgang (11) verbundenen Innenraum-Bereich (64) verbunden ist, wobei der Sekundär-Ausgang (11) vorzugsweise bei einer Stelle mit dem zweiten Innenraum-Bereich (64) des Trägers (13) verbunden ist, die sich oberhalb der Stelle befindet, bei welcher der Eingang (9) in den ersten Innenraum-Bereich des Trägers (13) mündet.
- Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Innenraum-Bereich mindestens zum Teil durch einen ringförmigen, die Buchse (19) im Querschnitt umschliessenden Bereich (61a) des Zwischenraums (61) gebildet ist, dass der zweite Innenraum-Bereich (64) ringförmig ist und ein die Pumpkammer (63) enthaltendes Ende der Buchse (19) und/oder ein die Buchse (19) an diesem Ende abschliessendes Endelement (21) im Querschnitt umschliesst und dass die Ansaugkammer (62) ein Volumen hat, dessen Grösse durch Verschiebungen des Kolbens (43) verändert wird, wobei die Buchse (19) vorzugsweise einen die Achse (8) umschliessende Mantel mit mindestens einem den ersten Innenraum-Bereich mit der Ansaugkammer (62) verbindenden Loch (19p) oder Einschnitt hat.
- Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (61) mehrere kanalförmige, um die Buchse (19) herum verteilte Zwischenraum-Bereiche (61b) hat, welche zum Beispiel parallel zur Achse (8) oder eventuell schraubenlinienförmig sind.
- Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die entlang der Achse (8) gemessene Abmessung der kanalförmigen Zwischenraum-Bereiche (61b) mindestens 30% und vorzugsweise mindestens 50% der gesamten Länge der Buchse (19) beträgt.
- Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (13) an seinem sich näher beim Primär-Ausgang (10) befindenden Ende eine durch ein Endelement (21) abgeschlossene Öffnung hat, dass der Träger (13) und das Endelement (21) miteinander verschraubte Gewinde (13i, 21d) aufweisen, dass das Endelement (21) in den Träger (13) hineinragt, innerhalb von diesem an der Buchse (19) angreift, diese gegen eine Schulterfläche (13f) des Trägers (13) drückt und die Pumpkammer (63) auf deren der Stirnfläche des Kolbens (43) abgewandten Seite abschliesst und dass die Buchse (19) bei vom Träger (13) weggenommenem Endelement (21) durch die Öffnung des Trägers (13) aus diesem herausnehmbar ist.
- Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelle, bei der der Sekundär-Ausgang (11) mit dem Zwischenraum (61) verbunden ist, von der Stelle, bei der der Zwischenraum (61) mit dem Eingang (9) verbunden ist, in einem entlang der Achse (8) gemessenen Abstand steht, der mindestens 50% und zum Beispiel mindestens 70% der ganzen Länge der Buchse (19) beträgt.
- Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Träger (13) ein diesen im Querschnitt umschliessender Mantel (16) befestigt ist, der zusammen mit dem Träger (13) einen dicht gegen die Umgebung abgeschlossenen Hohlraum (17) begrenzt, der evakuiert und/oder mit einem seine Evakuation ermöglichenden Anschluss (18) verbunden ist und sich mindestens über den grössten Teil der Länge der Buchse (19) erstreckt.
- Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die radial zur Achse (8) gemessene Abmessung des Zwischenraums (61) im wesentlichen bei jeder Stelle von diesem höchstens 20% und vorzugsweise höchstens 15% des Durchmessers der Buchse (19) an der betreffenden Stelle beträgt und dass der die Buchse (19) enthaltende Längsabschnitt des Trägers (13) einen maximalen Aussendurchmesser hat, der höchstens das 3fache und vorzugsweise höchstens das 2,5fache des Aussendurchmessers des Kolbens (43) beträgt.
- Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebsvorrichtung (3) mit einem Support (4) vorhanden ist, dass der Träger (13) durch eine einstückige, sich von Support (4) bis mindestens zur Pumpkammer (63) erstreckende Hülse gebildet ist, dass der Support (4) und der Träger (13) lösbar miteinander verbunden sind, dass der Kolben (43) durch eine durch den Innenraum des Trägers (13) hindurch verlaufende Kolbenstange (47) mit einem bewegbaren Teil (5) der Antriebsvorrichtung (3) verbunden ist und dass ein die Kolbenstange (47) gegen den Träger (13) abdichtender, mehrere an der Kolbenstange (47) angreifende, ringförmige Dichtungen (38, 40) aufweisender, sich mindestens zum Teil im Träger (13) befindender Dichtungseinsatz (33) vorhanden ist, dass der Träger (13) und der Dichtungseinsatz (33) lösbar miteinander verbunden sind und dass der Dichtungseinsatz (33) bei dem mit dem Support (4) verbundenen Ende des Trägers (13) aus diesem herausnehmbar ist, wobei der Support (4) und der Träger (13) vorzugsweise miteinander verschraubte Gewinde (4d, 13d) aufweisen und wobei der Träger (13) und der Dichtungseinsatz (33) vorzugsweise miteinander verschraubte Gewinde (13d, 34b) aufweisen.
- Einrichtung mit einer Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reservoir (71) mit einem Innenraum zum Speichern eines mindestens zum Teil flüssigen, cryogenen Fluids (72) vorhanden ist, dass das Reservoir (71) durch eine Zuleitung (73) mit dem Eingang (9) verbunden ist, dass der Sekundär-Ausgang (11) durch eine Rückleitung (77) mit dem Reservoir (71) verbunden ist, und dass die Rückleitung (77) bei einer Mündung in den Innenraum des Reservoirs (71) mündet, die sich oberhalb der Stelle befindet, bei der die Zuleitung (73) mit dem Innenraum des Reservoirs (71) verbunden ist, wobei die Zuleitung (73) sowie die Rückleitung (77) zum Beispiel ein Ventil (74, 78) und ein Siphon enthalten und wobei sich die Mündung der Rückleitung (77) zum Beispiel unterhalb des Flüssigkeitsniveaus des Fluids (72) befindet.
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