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Kryoflüssigkeitspumpe für LN2, H2, LNG, ...

Industrie und Forschungsinstitute

Dr. rer. nat. Ulrich Zerweck-Trogisch

+49-351-4081-617

Förderpumpen für kryogene Flüssigkeiten

Allgemein

Zur Befüllung von Behältern mit flüssigen kryogenen Medien oder um definierte Strömungen zu erreichen eignen sich Kryoflüssigkeitspumpen mit Linearantrieb. Am ILK wurde eine skalierbare und damit universell einsetzbare Kryoflüssigkeitspumpe entwickelt. Die Pumpe ist vollständig in der kryogenen Flüssigkeit eingetaucht, d.h. alle Bauteile befinden sich auf der Temperatur dieser Flüssigkeit. Ein Einsatzschwerpunkt der Pumpe ist die Förderung von Flüssigwasserstoff aus dem Kraftfahrzeugtank zum Verbrennungsmotor bzw. zur Brennstoffzel

Video mit flüssigem Argon und flüssigem Stickstoff

Konstruktionsbeschreibung und Leistungsdiagramm

Daten bei der Förderung von flüssigen Wasserstoff
ParameterWert
Förderleistungbis zu 100 ml/s (entspricht 360 l/h)
Gegendruckbis 5 bar
Temperatur20 ... 28 K
Mechanische Pumpleistung300 W
Antriebsspannungvariabel

Die Pumpe ist auch zur Förderung anderer verflüssigter permanenter Gase wie z.B. Helium, Stickstoff oder Argon geeignet.

Daten bei der Förderung anderer kryogener Flüssigkeiten
ParameterValue
Förderleistungbis zu 1000 ml/s (entspricht 3600 l/h)
Gegendruckbis 15 bar
Temperatur4,2 K bis Umgebungstemperatur
Antriebsspannungvariabel

Konstruktiv ist die Materialauswahl von entscheidender Bedeutung. Für die Bauteile, welche beim Abkühlen eine hohe Formstabilität aufweisen sollen, wurde Polycarbonat ausgewählt. Dies betrifft vor allem die Pumpflansche und die Kolbenstange. Um eine geringe thermische Variation der Spaltmaße zu erreichen, wurden sowohl die Laufbuchsen als auch die Kolbenträger aus Invar hergestellt. Eine Beschichtung der Kolbenträger mit Vespel SP-22 sichert eine hohe Verschleißfestigkeit und Selbstschmierung bis zu den tiefsten Einsatztemperaturen.

Bei den experimentellen Untersuchungen der Kryoflüssigkeitspumpe wurde sowohl beim Betrieb mit Flüssigstickstoff als auch mit Flüssigargon eine lineare Pumpcharakteristik in Abhängigkeit von der Antriebsspannung festgestellt. Das folgende Diagramm zeigt beispielhaft die Pumpleistung des Erprobungssmusters als Funktion der Pumpfrequenz und damit auch als Funktion der Antriebsspannung in einem Versuch mit atmosphärischem Gegendruck. Bei höheren Gegendrücken sind sogar höherer Volumenströme zu erwarten, da sich die Ventilschließgeschwindigkeit erhöht.

Erteiltes Patent

DE 10 2008 011 456


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