[0001] Die Erfindung betrifft eine Pumpvorrichtung, insbesondere für den Kreislauf einer
Absorptionswärmepumpe, mit einer Verdrängerpumpe und einem diese antreibenden Elektromotor.
[0002] Angesichts der fortschreitenden Verknappung und Verteuerung fossiler Energieträger
werden zur Beheizung von Häusern und gewerblichen Räumen zunehmend Absorptionswärmepumpen
verwendet, in denen meist eine NH
3-haltige wässrige Flüssigkeit im Kreislauf umgepumpt wird. Da die Wärmepumpe normalerweise
im Haus installiert ist und über möglichst lange Zeit wartungsfrei und ohne Gefährdung
der Umgebung arbeiten soll, ist es wesentlich, daß das gesamte System und damit auch
die Kreislaufpumpe dauerhaft zuverlässig dicht bleibt, so daß jedes Austreten des
toxisch wirkenden NH
3 sicher ausgeschlossen wird. Da die im Arbeitskreislauf der Wärmepumpe umgepumpte
Flüssigkeit Bereiche mit Temperaturen von über 200° C durchläuft, ist es zur Vermeidung
von Betriebsstörungen auch wichtig, das Eindringen von Schmiermittel aus der Kreislaufpumpe
in den Arbeitskreislauf möglichst weitgehend zu unterbinden. Da derartige Kreislaufpumpen
bei relativ kleinem Fördervolumen jeweils relativ große Druckerhöhungen liefern sollen,
wurden bisher zur Erfüllung der genannten Anforderungen Membranpumpen verwendet, deren
Membran jedoch ein Verschleißteil darstellt, das im Betrieb zwangsläufig mit der Zeit
zerstört wird, was dann zu einem Austreten von NH führt. 3
[0003] Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Pumpvorrichtung der eingangs genannten Art
zu schaffen, welche die bisherigen Nachteile vermeidet und bei einfacher, kompakter
Konstruktion über eine verlängerte, wartungsfreie Betriebsdauer zuverlässig dicht
bleibt.
[0004] Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Pumpvorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß
gekennzeichnet durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale.
[0005] Bei der erfindungsgemäßen Pumpvorrichtung wird durch die Kombination einer über eine
Nockenwelle angetriebenen Plungerpumpe mit einem an sich bekannten Spaltrohrmotor,
dessen Rotor mit der Nockenwelle drehfest verbunden ist und dessen einseitig geschlossenes
Spaltrohr mit dem Pumpengehäuse einen geschlossenen Rotorraum bildet, jedes Austreten
von Flüssigkeit oder NH
3 aus der Pumpvorrichtung dauerhaft zuverlässig ausgeschlossen. Durch diese Konstruktion
ist ein Eindringen von Kreislaufflüssigkeit oder NH
3 in den die Nockenwelle und den Rotor umschließenden Rotorraum unschädlich, so daß
der über der Nockenwelle liegende oberste Teil des Innenraumes des Pumpengehäuses
sogar als Ansaugraum für die Kreislaufflüssigkeit dienen kann. Bei einer derartigen
Anordnung kommt es auch nicht mehr entscheidend darauf an, das Hindurchtreten geringer
Mengen Kreislaufflüssigkeit durch den Ringspalt zwischen dem Kolben der Plungerpumpe
und der diesen umgebenden zylindrischen Wandung der Führungsbohrung völlig zu unterbinden.
Insgesamt ergibt sich dabei eine besonders einfache, kompakte und wirtschaftlich zu
fertigende Bauweise.
[0006] Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Pumpvorrichtungen sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
[0007] Wenn die Pumpvorrichtung so ausgebildet ist, daß die Nockenwelle in der Betriebs-Einbaustellung
des Pumpengehäuses unter den Kolben angeordnet ist und der oberste Abschnitt des Innenraumes
des Pumpengehäuses als Ansaugraum für die Kreislaufflüssigkeit dient, ist es zweckmäßig,
den die Nockenwelle und den Rotor des Spaltrohrmotors umschließenden Rotorraum bis
über die in den Rotorraum hineinragenden Endabschnitte der Kolben der Plungerpumpe
mit einem Schmiermittel zu befüllen, das mit der zu pumpenden Flüssigkeit nicht mischbar
ist und relativ zu dieser eine um mindestens 10 % und vorzugsweise mindestens 20 %
höhere Dichte aufweist. Soweit die Pumpvorrichtung zum Fördern einer NH
3-haltigen wässrigen Flüssigkeit dienen soll, kann als Schmiermittel zweckmäßig eine
einphasige Mischung aus Silikonöl und flüssigem halog
ßniertem Kohlenwasserstoff verwendet werden, der eine Dichte von mindestens 1,3 g/cm
3 aufweist. Geeignete halogenierte Kohlenwasserstoffe sind beispielsweise Tetrachloräthylen,
Pentachloräthylen, Jodbenzol und Bromtrichlormethan.
[0008] Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Pumpvorrichtung anhand der
beigefügten Zeichnung weiter erläutert. Die einzige Figur zeigt einen schematischen
Querschnitt durch eine Pumpvorrichtung für eine mit wässriger NH
3-Lösung betriebene Absorptionswärmepumpe.
[0009] Die dargestellte Pumpvorrichtung besitzt eine Plungerpumpe 1 mit einem Pumpengehäuse
2 und einem mit diesem dicht verbundenen Spaltrohrmotor 30. Im Pumpengehäuse 2 sind
zwei Kolben 12 jeweils in einer zugeordneten Kolben-Führungsbohrung 13 verschiebbar
geführt. In dem durch einen Gehäusedeckel 7 dicht verschlossenen Unterteil des Pumpengehäuses
2 ist eine Nockenwelle 4 über Wälzlager 6 drehbar gelagert. Der mittlere Abschnitt
der Nockenwelle 4 ist in einer Führungsausnehmung 9 eines am Gehäusedeckel 7 einwärts
vorspringenden Führungssteges 8 geführt. Das dem Spaltrohrmotor 30 zugewandte Ende
der Nockenwelle 4 ist mit seinem Wälzlager 6 in einem am Motorgehäuse 31 des Spaltrohrmotors
30 befestigten Tragring 27 gelagert.
[0010] Die Nockenwelle 4 trägt zwei relativ zu ihrer Mittelachse exzentrische Nocken 5 mit
zylindrischer Umfangsfläche, auf denen jeweils ein Wälzlager 10 angeordnet ist, dessen
äußerer Lagerring 11 mit dem zugewandten Ende des zugeordneten Kolbens 12 zusammenwirkt.
[0011] Der in dem mit dem Pumpengehäuse 2 dicht verbundenen Motorgehäuse 31 angeordnete
Spaltrohrmotor 30 besitzt einen Stator 32, ein von diesem umschlossenes Spaltrohr
33 und einen darin angeordneten Rotor 34, dessen Rotorwelle 35 einerseits direkt mit
der Nockenwelle 4 drehfest verbunden ist und am pumpenfernen Ende über ein Wälzlager
37 in einem das Ende des Spaltrohres 33 dicht verschließenden Lagerdeckel 36 gelagert
ist. Der die Nockenwelle 4 umgebende Innenraum des Pumpengehäuses 2 bildet zusammen
mit dem Spaltrohr-Innenraum 38 einen Rotorraum 3, der bis über die hineinragenden
Endabschnitte der Kolben 12 mit einem flüssigen Schmiermittel 25 befüllt ist.
[0012] Der im Innenraum des Pumpengehäuses 2 über dem Flüssigkeitsspiegel 26 des Schmiermittels
25 verbleibende obere Abschnitt dient als Ansaugkammer 16 für die zu pumpende Flüssigkeit.
Diese tritt über einen Einlaßkanal 17 aus dem Kreislauf in die Ansaugkammer 16 ein,
die jeweils über Ansaugkanäle 18 mit den Förderkammem 14 der Kolben 12 verbunden ist.
In den Ansaugkanälen 18 ist jeweils ein durch eine Druckfeder 20 in seine Schließstellung
gedrängtes Ansaugventil 19 vorgesehen. Die jeweils durch die Nocken 5 der Nockenwelle
4 aufwärts verschobenen Kolben 12 werden durch eine in der Förderkammer 14 angeordnete
Druckfeder 15 gegen den äußeren Lagerring 11 der auf den Nocken 5 angeordneten Wälzlager
10 angelegt gehalten. Die Förderkammein14 der Kolben 12 sind jeweils über ein Auslaßventil
22 mit einem Auslaßkanal 21 verbunden. Die Auslaßventile 22 werden jeweils durch eine
Druckfeder 23 in ihre Schließstellung gedrängt. Die Auslaßventile 22 und die Druckfedern
23 sind jeweils in einer Bohrung angeordnet, die durch ein normalerweise mit einem
Gewinde versehenes Verschlußteil 24 lösbar verschlossen ist.
[0013] Zur Abführung der im Stator 32 des Spaltrohrmotors 30 entstehenden Wärme ist an der
umgebenden Wandung des Motorgehäuses 31 ein Kühlmantel 39 vorgesehen.
[0014] Im Betrieb wird durch den Spaltrohrmotor 30 über dessen Rotor 34 die mit diesem drehfest
verbundene Nockenwelle 4 angetrieben, deren Nocken 5 die Kolben 12 abwechselnd aufwärts
verschieben, wobei der Druckanstieg in der Förderkammer 14 einerseits ein Schließen
des Ansaugventils 19 und andererseits ein Öffnen des Auslaßventils 22 bewirkt. Beim
Weiterdrehen des Nockens 5 wird der Kolben 12 durch die Druckfeder 15 abwärts gedrängt,
wobei das Auslaßventil 22 schließt und das Ansaugventil 19 geöffnet wird, so daß aus
der Ansaugkammer 16 Flüssigkeit über den Ansaugkanal 18 in die Förderkammer 14 angesaugt
wird. Insgesamt wird somit die Flüssigkeit aus der Ansaugkammer 16 über die Ansaugkanäle
18 und die Förderkammer 14 zum Auslaßkanal 21 gepumpt. Da der Auslaßkanal 21 und der
Einlaßkanal 17 mit der Kreislaufleitung der Absorptions- Wärmepumpe verbunden sind
und der im Pumpengehäuse 2 liegende Rotorraum 3 im übrigen nach außen hermetisch abgeschlossen
ist, wobei alle bewegten Teile im Inneren des Pumpengehäuses und des Spaltrohres liegen
und jede hinsichtlich der Abdichtung problematische Hindurchführung eines bewegten
Teiles nach außen vermieden ist, wird eine wesentlich verbesserte Sicherheit gegen
ein unerwünschtes Austreten von Kreislaufflüssigkeit erreicht.
[0015] Da der Rotorraum 3 bis über die hineinragenden Endabschnitte der Kolben 12 mit Schmiermittel
gefüllt ist, laufen sowohl die Nockenwelle 4, als auch der Rotor 34 des Spaltrohrmotors
30 vollständig im Schmiermittel, so daß diese Teile flüssigkeitsgelagert sind. Da
das Schmiermittel 25 mit der zu pumpenden Flüssigkeit nicht mischbar ist, ferner eine
demgegenüber wesentlich höhere Dichte hat und der Flüssigkeitsspiegel 26 des Schmiermittels
25 in erheblichem Abstand über den im Rotorraum 3 befindlichen bewegten Teilen liegt,
tritt praktisch keine Verwirbelung des Schmiermittels mit der zu pumpenden Flüssigkeit
ein. Im Bedarfsfall kann dies noch durch geeignete bauliche Ausgestaltung des den
Rotorraum 3 mit der Ansaugkammer 16 verbindenden Abschnittes verbessert werden. Auf
diese Weise wird trotz der unmittelbaren Berührung der zu pumpenden Flüssigkeit mit
dem Schmiermittel verhindert, daß merkliche Mengen an Schmiermittel in den Kreislauf
gelangen.
[0016] Bei der Auswahl des Schmiermittels ist wesentlich, daß dieses einerseits keine Bestandteile
enthält, die in der zu pumpenden Flüssigkeit löslich sind und im Kreislauf zu Schwierigkeiten
führen würden. Andererseits soll die zu pumpende Flüssigkeit keine im Schmieröl lösliche
Bestandteile enthalten, welche die Schmierwirkung beeinträchtigen oder im Bereich
des Rotorraumes oder der bewegten Teile zu Korrosion oder sonstigen Beschädigungen
führen. Um jede mechanische Vermischung der zu pumpenden Flüssigkeit mit dem Schmiermittel
weitgehend zu vermeiden, soll das Schmiermittel eine relativ zur Kreislaufflüssigkeit
hinreichend höhere Dichte aufweisen. Für mit NH
3-haltiger wässriger Flüssigkeit betriebene Absorptions-Wärmepumpen hat sich als Schmiermittel
insbesondere eine Mischung aus Silikonöl und flüssigem halogeniertem Kohlenwasserstoff
mit einer Dichte von mindestens etwa 1,3 bewährt.
[0017] Die vorstehend anhand einer bevorzugten Ausführungsform erläuterte Pumpvorrichtung
kann vom Fachmann je nach den Anforderungen des Einzelfalles in verschiedener Weise
zweckentsprechend abgewandelt werden, wobei insbesondere die Formgebung und die Abmessungen
des Rotorraums 3 sowie die Ausgestaltung der Kolben 12, der Ansaugventile 19, der
Auslaßventile 22 und der Nocken 5 der Nockenwelle 4 dem jeweiligen Verwendungszweck
angepaßt werden sollen. Selbstverständlich ist es auch möglich, die zu pumpende Flüssigkeit
aus einem außerhalb des Pumpengehäuses 2 liegenden Raum anzusaugen, so daß die zu
pumpende Flüssigkeit mit dem im Rotorraum 3 vorhandenen Schmiermittel 25 nicht in
Berührung kommt.
1) Pumpvorrichtung, insbesondere für den Kreislauf einer Absorptionswärmepumpe, mit
einer Verdrängerpumpe und einem diese antreibenden Elektromotor, dadurch gekennzeichnet,
daß
a) die Verdrängerpumpe als Plungerpumpe mit einem oder mehreren in einem Pumpengehäuse
(2) verschiebbar geführten Kolben (12) ausgebildet ist,
b) im Pumpengehäuse (2) eine die Kolben (12) antreibende Nockenwelle (4) drehbar gelagert
ist,
c) der Elektromotor als Spaltrohrmotor (30) mit einem am pumpenfernen Ende geschlossenen
Spaltrohr (33) und einem darin angeordneten, drehbar gelagerten Rotor (34) ausgebildet
ist,
d) der Rotor (34) mit der Nockenwelle (4) drehfest verbunden ist und
e) der die Nockenwelle (4) umgebende Innenraum des Pumpengehäuses (2) mit dem Spaltrohrinnenraum
(38) des Spaltrohrs (33) einen gemeinsamen nach außen geschlossenen Rotorraum (3)
bildet.
2) Pumpvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nocken (5) der
Nockenwelle (4) jeweils mit der Endfläche des zugeordneten Kolbens (12) zusammenwirken.
3) Pumpvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (12) jeweils
durch Federvorrichtungen (15) gegen die Nocken (5) der Nockenwelle (4) gedrängt werden.
4) Pumpvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nocken
(5) auf ihrer zur Nockenwelle (4) exzentrischen Umfangsfläche angeordnete Wälzlager
(10) tragen, deren äußerer Lagerring (11) jeweils mit dem zugeordneten Kolben (12)
zusammenwirkt.
5) Pumpvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Nockenwelle (4) in der Betriebs-Einbaustellung des Pumpengehäuses (2) unter den Kolben
(12) angeordnet ist.
6) Pumpvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurchgekennzeichnet, daß der
die Nockenwelle (4) und den Rotor (34) enthaltende Rotorraum (3) als mit Schmiermittel
(25) zu befüllender Schmiermittelraum ausgebildet ist.
7) Pumpvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Betriebs-Einbaustellung
über der Nockenwelle (4) liegende oberste Abschnitt des Innenraumes des Pumpengehäuses
(2) als Ansaugraum (16) zur Aufnahme der zu pumpenden, mit dem Schmiermittel (25)
nicht mischbaren Flüssigkeit ausgebildet und jeweils über Ansaugventile (19) mit den
Förderkammern (14) der Kolben (12) verbunden ist.
8) Pumpvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorraum (3)
mit einem Schmiermittel (25) mit relativ zur Dichte der zu pumpenden Flüssigkeit um
mindestens 10 % und vorzugsweise mindestens 20 % höherer Dichte befüllt ist.
9) Pumpvorrichtung nach Anspruch 8 für NH3-haltige wässrige Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorraum (3) mit
einer einphasigen Mischung mit einem Gehalt von 20 bis 90 Gew.% Silikonöl und 10 bis
80 Gew.% flüssigem halogeniertem Kohlenwasserstoff mit einer Dichte von über 1, 3
g/cm3 befüllt ist.
10) Pumpvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß
der Innenraum des Pumpengehäuses (2) bis über die hineinragenden Abschnitte der Kolben
(12) mit dem Schmiermittel (25) befüllt ist und die Ansaugventile (19) so hoch über
dem Flüssigkeitsspiegel (26) zwischen der zu pumpenden Flüssigkeit und dem Schmiermittel
(25) angeordnet sind, daß im Betrieb im wesentlichen keine Verwirbelung und Mitansaugung
von Schmiermittel eintritt.
1. Pumpvorrichtung, insbesondere für die Kreislaufflüssigkeit einer Absorptions-Wärmepumpe,
mit mindestens einer in einem Pumpengehäuse angeordneten, jeweils ein Ansaugventil
und ein Auslaßventil aufweisenden Förderkammer, jeweils einem in diese plungerartig
hineinragenden, in einer Führungsbohrung des Pumpengehäuses axial verschiebbar geführten
Kolben, einer mit der von der Förderkammer abgewandten Endfläche jedes Kolbens zusammenwirkenden
Exzentervelle, Vorrichtungen zum Andrücken jedes Kolbens gegen die Exzenterwelle sowie
einem Elektromotor mit einem mit der Exzenterwelle drehfest verbundenen Rotor, dadurch
gekennzeichnet, daß:
a) der Elektromotor als Spaltrohrmotor (30) mit am pumpenfernen Ende geschlossenem
Spaltrohr (33) und darin drehbar gelagertem Rotor (34) ausgebildet ist,
b) die Exzenterwelle (4) in einem in der Betriebseinbaustellung des Pumpengehäuses
(2) unter dem oder den Kolben (12) liegenden Innenraum des Pumpengehäuses (2) im wesentlichen
horizontal angeordnet ist,
c) der die Exzenterwelle (4) umgebende Innenraum des Pumpengehäuses (2) zusammen mit
dem Spaltrohrinnenraum (38) einen gemeinsamen, bis über die Exzenterwelle (4) mit
einem mit der zu pumpenden Flüssigkeit nicht mischbaren Schmiermittel höherer Dichte
zu befüllenden Schmiermittelraum (3) bildet,
d) der in der Betriebs-Einbaustellung über der Exzenterwelle (4) liegende obere Abschnitt
des Innenraumes des Pumpengehäuses (2) als Ansaugraum (16) zur Aufnahme der zu pumpenden
Flüssigkeit ausgebildet ist und
e) der Ansaugraum (16) jeweils über einen Ansaugkanal (18) und das zugeordnete Ansaugventil
(19) mit der zugeordneten Förderkammer (14) verbunden ist.
2. Pumpvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Exzenter (5) der Exzenterwelle (4)
auf ihrer exzentrischen Umfangsfläche angeordnete Wälzlager (10) tragen, deren äußerer
Lagerring (11) jeweils mit dem zugeordneten Kolben (12) zusammenwirkt.
3. Pumpvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmiermittelraum
mit einem Schmiermittel (25) mit relativ zur Dichte der zu pumpenden Flüssigkeit um
mindestens 10 % und vorzugsweise mindestens 20 % höherer Dichte befüllt ist.
4. Pumpvorrichtung nach Anspruch 3 für NH3-haltige wäss- .rige Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmiermittelraum
mit einer einphasigen Mischung mit 20 einem Gehalt vonvbis 90 Gew.% Silikonöl und
10 bis 80 Gew. % flüssigem halogeniertem Kohlenwasserstoff mit einer Dichte von über
1,3 g/cm3 befüllt ist.
5. Pumpvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Innenraum des Pumpengehäuses (2) bis über die hineinragenden Abschnitte der Kolben
(12) mit dem Schmiermittel (25) befüllt ist und die Ansaugventile (19) so hoch über
dem Flüssigkeitsspiegel (26) zwischen der zu pumpenden Flüssigkeit und dem Schmiermittel
(25) angeordnet sind, daß im Betrieb im wesentlichen keine Verwirbelung und Mitansaugung
von Schmiermitteln eintritt.