[发明专利]用于输送低温流体的泵

说明书

技术领域

本发明涉及用于将低温流体，尤其是低温氢，从储罐中输送到处于更高压力下的容器中的泵。所述泵包括带有活塞的气缸，活塞设置在气缸中并且可以在气缸中执行往复行程运动，在一个行程方向运行的活塞的第一行程运动期间，气缸低温室的容积减少，而处于气缸中在活塞的与低温室相对的一侧的高温室的容积相应地增大；反过来，在相反行程方向运行的活塞的第二行程运动期间，高温室的容积减小而低温室的容积相应地增大。泵还包括：通向低温室的流体入口，并且该入口连接到储罐或者可以与储罐连接；从高温室导出的流体出口，并且该出口连接到容器或者可以与容器连接；和流体连接，通过该流体连接两个室彼此连接。

背景技术

在这类常规的低温泵中，一个问题是它们仅具有比较短的免维护的运行时间。这尤其是针对具有小的几何尺寸(例如活塞直径小于大约20毫米)的常规的低温活塞泵。对于这类泵，目标是具有明显减少的维护期的费用，包括可观地延长免维护的运行时间，以上所有都是关于在机动车辆中的应用。

发明内容

本发明所基于的目标是要描述一种改进的泵，它也尤其适用于机动车辆。

依靠用于将低温流体，诸如例如低温氢，从储罐输送到处于更高压力下的容器的泵实现该目标，所述泵包括：带有活塞的气缸，活塞设置在气缸中并且可以在气缸中执行往复行程运动，在一个行程方向运行的活塞的第一行程运动期间，气缸低温室的容积减少，而气缸的处于活塞的与低温室相对的一侧的高温室的容积相应地增大，反过来，在相反行程方向运行的活塞的第二行程运动期间，高温室的容积减小，而低温室的容积相应地增大；通向低温室的流体入口，并且该入口连接到储罐或者可以与储罐连接；从高温室导出的流体出口，并且该出口连接到容器或者可以与容器连接；和流体连接，通过该流体连接两个室彼此连接，其中至少一个加热设备设计为在第一行程运动期间加热通过流体连接从低温室流出并且流入高温室的流体，以这样的方式在高温室中建立随着温度而升高的压力，具体地说是随着温度而等容地升高的压力，该压力超过容器压力。

在根据本发明的泵中，因为活塞设置在两室之间，在活塞的往复行程运动期间，流体可获得的容积保持恒定。至少近似适用于理想气体的状态方程为p*V/T＝常量，P为压力，V为容积，而T为温度，因此在等容的情况下(V＝常量)，形成了压力P和温度T之间的比例关系。这种类型的状态改变被指定为等容状态改变。

在根据本发明的泵中，加热设备促使流体中的基本等容状态改变。具体地，流入高温室中的流体极大地受热，以这样的方式，流体的压力超过容器压力，因此，流体可以通过流体出口从高温室流出、流入容器，直到在高温室中的压力和容器压力之间已经建立起平衡。

因此，导致的结果是，加热设备不但促使输送到高温室中的流体受热，还促使压力升高，以致至少一部分流体可以流入容器。因此，在根据本发明的泵中，可以利用加热设备将流体泵送到处于更高压力下的容器中。

因为加热设备可以设计得相对坚固和紧凑，可以整体地提供一种可靠的和缓慢构建(slow-build)的泵。依靠紧凑形式的结构，泵不但要求小的装载空间，例如在机动车辆中，而且可能的是，本发明的泵可以以相对简单的方式相对于环境隔热。此外，活塞/气缸配置和加热设备在维护限期中都不需要高的费用，因此，对于泵而言，还可以实现相对长的免维护的运行时间，例如超过2000小时的免维护的运行时间。

应理解的是，术语＂低温流体＂或＂流体＂表示具有极度低温的介质，该低温尤其是位于介质的沸点附近。例如，低温流体可以是低温氢，其沸点是大约20K。此外，低温流体可以以液相和/或气相保存在泵、储罐或容器中。

本发明有利的进步由所附的权利要求详细说明。

根据本发明优选的进步，至少一个冷却设备设计为冷却保持在高温室中的并且没有通过流体出口流出的流体，并且该流体在第二行程运动期间通过流体连接从高温室流出返回到低温室中，以这样的方式在低温室中建立随着温度而减小的压力，具体地说是随着温度而等容地减小的压力，该压力小于储罐压力。

因此，在活塞的第二行程运动期间，保持在高温室中的流体又通过流体连接输送回低温室，并且同时被冷却和同时经历基本上等容的压力下降。因为在低温室中建立了低压，因此流体可以通过流体入口流出储罐流到低温室，直到在低温室中的压力已经达到储罐压力。随后，又可以产生上述的活塞第一行程运动，从而流体被泵送到高温室中，并进一步泵送到容器中。