DE-102015015329-B4 - Pumpe und Pumpverfahren

Abstract

Pumpe, umfassend einen Fluideinlass (1) mit einem Einlassregelelement (4), einen Fluidauslass (2) mit einem Auslassregelelement (5), einen Innenraum (3), ein Oszillatorelement (6), welches dazu ausgestaltet ist, das Fluid im Innenraum (3) der Pumpe in longitudinale Schwingungen zu versetzen, sowie mindestens einen Drucksensor im Innenraum (3) zur Kontrolle des Innendrucks, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (3) so geformt ist, dass die Druckwellen in dem Bereich mindestens eines der Durchlässe (1, 2) gebündelt werden, wobei mindestens eine Wand des Innenraums (3) als Hohlspiegel geformt ist, und wobei Einlass (1) und/oder Auslass (2) im Brennpunkt des Hohlspiegels angeordnet sind, und dass das Oszillatorelement (6) relativ zum Hohlspiegel und zu dem betreffenden mindestens einen Durchlass (1, 2) so angeordnet ist, dass von ihm erzeugte Druckwellen in diesem Brennpunkt gebündelt werden, wobei Einlass (1) und Auslass (2) nebeneinander weniger als eine Einlass- oder Auslassbreite mit ihren Rändern beabstandet an einer gemeinsamen Wand des Innenraums (3) angeordnet sind und die dieser Wand gegenüberliegende Wand des Innenraums (3) als Hohlspiegel ausgestaltet ist, dessen Brennpunkt im Bereich des Einlasses (1) und Auslasses (2) liegt, oder sich Einlass (1) und Auslass (2) an einer Ausstülpung der Wand des Innenraums (3) gegenüberliegen, wobei sich der Brennpunkt genau in dieser Ausstülpung befindet.

Inventors

• Erfinder gleich Patentinhaber

Assignees

• Aissa Zouhri

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20151127

Claims (9)

1. Pumpe, umfassend einen Fluideinlass (1) mit einem Einlassregelelement (4), einen Fluidauslass (2) mit einem Auslassregelelement (5), einen Innenraum (3), ein Oszillatorelement (6), welches dazu ausgestaltet ist, das Fluid im Innenraum (3) der Pumpe in longitudinale Schwingungen zu versetzen, sowie mindestens einen Drucksensor im Innenraum (3) zur Kontrolle des Innendrucks, dadurch gekennzeichnet , dass der Innenraum (3) so geformt ist, dass die Druckwellen in dem Bereich mindestens eines der Durchlässe (1, 2) gebündelt werden, wobei mindestens eine Wand des Innenraums (3) als Hohlspiegel geformt ist, und wobei Einlass (1) und/oder Auslass (2) im Brennpunkt des Hohlspiegels angeordnet sind, und dass das Oszillatorelement (6) relativ zum Hohlspiegel und zu dem betreffenden mindestens einen Durchlass (1, 2) so angeordnet ist, dass von ihm erzeugte Druckwellen in diesem Brennpunkt gebündelt werden, wobei Einlass (1) und Auslass (2) nebeneinander weniger als eine Einlass- oder Auslassbreite mit ihren Rändern beabstandet an einer gemeinsamen Wand des Innenraums (3) angeordnet sind und die dieser Wand gegenüberliegende Wand des Innenraums (3) als Hohlspiegel ausgestaltet ist, dessen Brennpunkt im Bereich des Einlasses (1) und Auslasses (2) liegt, oder sich Einlass (1) und Auslass (2) an einer Ausstülpung der Wand des Innenraums (3) gegenüberliegen, wobei sich der Brennpunkt genau in dieser Ausstülpung befindet.
2. Pumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die Regelelemente (4, 5) so beschaffen sind, dass sie den Fluidfluss durch die Durchlässe (1, 2) regeln, wobei sie dazu ausgestaltet sind, einen Zustand einzunehmen, in dem der jeweilige Durchlass (1, 2) fluiddicht verschlossen ist, und einen Zustand, bei dem ein Fluidfluss durch den Durchlass möglich ist.
3. Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass mindestens ein Regelelement (4, 5) passiv ist, insbesondere ein Ventil, so dass es lediglich durch den lokal herrschenden Druck geöffnet und geschlossen wird, und/oder dass mindestens ein Regelelement (4, 5) aktiv ist und durch eine Steuereinheit geöffnet und geschlossen wird.
4. Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Oszillatorelement (6) so ausgestaltet ist, dass es den Innenraum (3) periodisch vergrößert und verkleinert, und/oder im Innenraum (3) bewegbare Körper umfasst und/oder als Lautsprecher ausgestaltet ist und/oder ein auf Beschleunigung des Fluids aufgrund elektrischer Felder beruhender Oszillator ist.
5. Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der Hohlspiegel ein sphärischer Spiegel oder ein Parabolspiegel ist.
6. Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Oszillatorelement (6) so gestaltet ist, dass die von ihm abgestrahlten Moden zu einem Anteil von 10 % oder weniger mit den Raummoden des Innenraums (3) überlappen.
7. Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Pumpe mindestens zwei über einen Kanal und ein Ventil getrennte Innenräume (3) umfasst, so dass bei einem lokalen Überdruck am Auslass (2) des ersten Innenraums (3) die Luft in den folgenden zweiten Innenraum (3) strömt, wobei sich bezüglich der Strömrichtung der Lift zumindest im letzten Innenraum (3) kein Oszillatorelement (6) befindet, so dass hier im betreffenden Innenraum (3) ein nahezu statischer Druck herrscht, der über die Verbindung zum ersten Innenraum (3) bis zu einem Grenzwert gesteigert werden kann.
8. Pumpensystem, welches mindestens zwei Pumpen nach einem der vorangehenden Ansprüche umfasst, von denen der Auslass (2) der Vorangehenden in den Einlass (1) der Nachfolgenden mündet oder diesem entspricht, wobei die Oszillatorelemente (6) von mindestens zwei aufeinanderfolgenden Pumpen miteinander synchronisiert sind und die Phasen der Oszillatorelemente (6) benachbarter Pumpen so eingestellt sind, dass wenn bei der vorangehenden Pumpe ein lokal hoher Druck am Auslass (2) herrscht, bei der folgenden Pumpe ein niedriger lokaler Druck am Einlass (1) herrscht.
9. Pumpverfahren mit einer Pumpe oder einem Pumpensystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend die Schritte: - Anlegen eines Eingangsdrucks PE am Fluideinlass (1) und initial im Innenraum (3) der Pumpe, - Erzeugung von Druckwellen im Innenraum (3) der Pumpe, - Öffnung des Auslassregelelements (5), wenn der lokale Druck im Innenraum (3) am Auslassregelelement (5) größer ist als der Auslassdruck PA hinter dem Auslassregelelement (5) im Fluidauslass (2), - Öffnung des Einlassregelelements (4), wenn der lokale Druck im Innenraum (3) am Einlassregelelement (4) kleiner ist als der Einlassdruck PE hinter dem Einlassregelelement (4) im Fluideinlass (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe und ein Pumpverfahren zur Druckerhöhung in einem Fluid. Es gibt eine schier unüberschaubare Vielfalt an Pumpen und Pumpverfahren. Sie basieren meist auf dem Prinzip, dass mittels mechanischer Kraft ein Fluid zusammengepresst oder entspannt wird. Bezüglich Flüssigkeiten, die zu einem großen Teil inkompressibel sind, sei gesagt, dass diese in diesem Falle nicht zusammengepresst/entspannt werden, sondern einem Zusammenpressen/Entspannen eines Objektes dienen (z.B. Hydraulik) oder die Flüssigkeit in einem Steigrohr ansteigt oder abfällt. All diesen Pumpen und Pumpverfahren ist gemein, dass zum Erreichen eines hohen oder niedrigen Drucks (bezüglich des Umgebungsdrucks) auch ein entsprechend hoher Aufwand des Pumpens und der Ausgestaltung der Pumpe betrieben werden muss, was bezüglich des Wirkungsgrades und der Kosten einer solchen Pumpe von Nachteil sein kann. JP H08-219 100 A offenbart einen Kompressor zum Ansaugen und Fördern eines Kältemittels. Der Kompressor weist einen Resonanzkörper mit einem Einlass und einem Auslass für das Kältemittel auf. In einer Öffnung des Resonanzkörpers ist ein als Antriebsmittel ein Oszillatorelement angebracht, das dazu dient, das Kältemittel im Innenraum in longitudinale Schwingungen zu versetzen. Aus AT 356 514 B ist eine doppelt wirkende Pumpe mit hin- und hergehender Bewegung des Fördermittels ein einem Zylinder bekannt. Der mit Ein- und Auslassventilen versehene Zylinder ist an einem Ende durch eine feste Wand, am anderen Ende durch eine Membran oder einen Kolben abgeschlossen. Die Membran bzw. der Kolben wird mit der Eigenfrequenz der Fördermittelsäule in Schwingung gehalten, wobei durch diese Längsschwingungen ein Pumpeffekt erzielt wird. US 5 525 041 A offenbart eine Pumpe, die eine mit einem Ein- und Auslass versehene Kammer für das zu fördernde Medium sowie einen Schallwandler aufweist. Der Schallwandler ist an einem der beiden Enden der Kammer angebracht und dient der Erzeugung einer Wanderwelle in dem Medium. US 2007 / 0 235 252 A1 offenbart eine akustische Fluid-Maschine, die sich Schwankungen in der Druckamplitude auf Basis von akustischer Resonanz zunutze macht. Die Maschine weist einen akustischen Resonator mit einem oberen und unteren Ende auf, wobei das untere Ende einen größeren Durchmesser hat als das obere Ende. An dem akustischen Resonator ist ferner ein Ein- und ein Auslass vorhanden. Innerhalb des Resonators vibriert ein Kolben in axialer Richtung mit hoher Geschwindigkeit, jedoch mit sehr kleiner Amplitude. DE 691 22 534 T2 offenbart einen Verdichter für Kälteträgermittel, der eine Kammer für die Aufnahme dieses Mittels umfasst, wobei die Kammer mindestens einen Einlass und mindestens einen Auslass aufweist. Der Verdichter umfasst ferner ein Erregermittel zum Erzeugen einer Wanderwelle in dem in der Kammer befindichen flüssigen Kälteträgermittel. US 5 020 977 A offenbart einen Kältemittel-Verdichter, der eine Kammer für ein gasförmiges Kältemittel, ein Antriebsmittel zur Erzeugung einer akustischen Wanderwelle in dem in der Kammer befindlichen Kältemittel, sowie Mittel zum Umwandeln der Wanderwelle in eine stehende akustische Welle. Der Verdichter weist ferner einen oder mehrere Einlässe an den Druckknoten der stehenden Welle auf, sowie einen oder mehrere Auslässe an den Gegenknoten (Schwingungsbäuchen) der stehenden Welle. Die Ein- und Auslässe können mit Rückschlagventilen ausgestattet sein. US 2004 / 0 086 399 A1 offenbart eine Pumpe mit einem äußeren Körper, der eine Pumpenkammer definiert und einen Ein- und Auslass aufweist. Die Pumpe weist ferner ein Gehäuse auf, das eine Antriebskammer definiert, wobei eine äußere Oberfläche des Gehäuses sich zumindest teilweise innerhalb der Pumpenkammer befindet. Die Antriebskammer enthält ein erregbares Medium, in welchem mittels einer Anrequngsquelle eine stehende Welle erzeugt werden kann, wobei die äußere Oberfläche des Gehäuses deformiert wird und eine Pumpflüssigkeit vom Einlass zum Aulass gepumpt wird. US 2003 / 0 053 915 A1 offenbart eine Ultraschall-Pumpe, die ein Gehäuse mit einer Kammer aufweist, wobei die Kammer eine erste und eine zweite Öffnung aufweist. Das Gehäuse umfasst ferner einen Einlass, durch welchen das Medium in die Kammer eintreten kann, sowie einen Auslass. Die Pumpe umfasst ferner einen Schallgeber zur Erzeugung von Ultraschall-Längswellen mit einem fokussierten Strahlmuster und einer Fokuszone, wobei die Form der Kammer dem fokussierten Strahlmuster entspricht. Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Pumpe und ein Pumpverfahren zur Verfügung zu stellen, mittels derer ein Benutzer auf einfache Weise in der Lage ist, eine Druckerhöhung oder Druckverminderung zu erreichen. Diese Aufgabe wird durch eine Pumpe und ein Pumpverfahren gemäß den Ansprüchen gelöst. Die erfindungsgemäße Pumpe umfasst einen Fluideinlass mit einem Einlassregelelement, einen Fluidauslass mit einem Auslassregelelement,