WO2017102209A1 - Pump comprising a deformable pumping element - Google Patents

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WO2017102209A1
WO2017102209A1 PCT/EP2016/077702 EP2016077702W WO2017102209A1 WO 2017102209 A1 WO2017102209 A1 WO 2017102209A1 EP 2016077702 W EP2016077702 W EP 2016077702W WO 2017102209 A1 WO2017102209 A1 WO 2017102209A1
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WO
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conveying element
drive
medium
pump
pump according
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PCT/EP2016/077702
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Inventor
Franz Bosbach
Hans Graf
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Ksb Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/08—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having tubular flexible members
    • F04B43/084—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having tubular flexible members the tubular member being deformed by stretching or distortion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B17/00—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B19/00—Machines or pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B17/00
    • F04B19/20—Other positive-displacement pumps
    • F04B19/24—Pumping by heat expansion of pumped fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/08—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having tubular flexible members
    • F04B43/10—Pumps having fluid drive

Definitions

  • the invention relates to a pump with a conveying element for the inflow and outflow of a medium, wherein the conveying element is in communication with a drive, and a method for conveying a medium.
  • Pumps are working machines used to convey media.
  • liquids include, among others, liquid-solid mixtures, pastes or liquids with a gas content to these media.
  • the medium is set in motion via a drive.
  • the invention relates to a positive displacement pump.
  • a delivery element sucks the medium in a first phase of a cycle and pushes the medium out in a next phase.
  • the conveying element is designed as a membrane, which are in communication with a drive.
  • the drive is often a piston used, which performs oscillating movements. The movement of the piston causes a rash of the membrane, thereby causing suction and pressure pulses.
  • EP 1 813 803 A1 describes a fuel pump for an internal combustion engine.
  • the fuel pump includes a pumping chamber having an inlet valve and an outlet valve.
  • the pumping chamber is supported on one side by a flexible membrane. shut up.
  • An actuator acts on the diaphragm to vary the volume of the pumping chamber cyclically.
  • the actuator includes a shape memory material coupled to the flexible membrane.
  • the US 2004/01 15067A1 shows a simply constructed, very precise piston pump.
  • DE 1 0 2005 040 344 A1 shows a modular piston pump with a drive based on a shape memory alloy.
  • DE 1 0 2007 042 791 A1 shows a pump whose drive unit comprises a shape memory alloy.
  • JP 60053679 A shows a piston pump whose drive is based on a shape memory alloy.
  • EP 1 813 803 A1 shows a fuel pump which is driven by means of a shape memory device.
  • No. 7,135,076 B2 shows a combination of a shape memory alloy and a surrounding catalyst which is able to convert energy carriers from a surrounding medium.
  • US 8,096,119 B2 shows an artificial muscle based on a shape memory alloy.
  • the object of the invention is to provide a pump that can operate largely independently of conventional energy sources. Furthermore, a method for conveying a medium is to be specified, which can be operated without a complex infrastructure or without a long supply line.
  • the pump should also be characterized by a long service life, a reliable mode of operation and the lowest possible purchase or operating costs. This object is achieved by a pump having the features of claim 1 and a method having the features of claim 13. Preferred variants can be found in the subclaims, the description and the drawing.
  • the drive has a material for performing a thermal change of its geometric dimension.
  • the material expands or contracts. Due to the thermal expansion or heat shrinkage changes the length, the surface area or the volume of the body, which is made of this material.
  • the material is connected to the conveying element of the pump in such a way that the changes in the geometric dimensions of the material cause a change in shape of the conveying element.
  • This change in shape of the conveying element leads to the promotion of the medium.
  • the material is a shape memory alloy.
  • Shape memory alloys (abbreviation: SMA) are special metals that can exist in two different crystal structures. They are often referred to as memory metals. This is due to the phenomenon that they seem to be pronounced of an earlier shaping despite subsequent severe deformation.
  • a nickel-titanium alloy is used as the material. These are characterized by particularly large effects combined with high strength. When the temperature changes, a phase transition takes place.
  • the drive also has a material for oxidation.
  • this is a catalytic material, wherein in particular a platinum-containing material is suitable.
  • nanoparticles of platinum are used. These will be at a special preferred embodiment of the invention applied to tiny tubes made of carbon.
  • the material comes into contact with at least one substance which is reacted with oxygen in a catalytic reaction.
  • the substances may be, for example, hydrogen or organic compounds such as methanol.
  • organic compounds which are dissolved in the water are used as substances. These may be, for example, sugars or carbohydrates such as starch. Polluted waters, in particular, often have a large number of organic substances which are suitable as substances for oxidative conversion.
  • the exothermic oxidative reaction releases heat which is transferred to the material to effect a thermal change.
  • the geometric dimensions change and there is a change in length, area or volume which leads to a change in shape of the conveying element.
  • the material responsible for the oxidation is arranged around the material, which performs a thermal change of the geometric dimension.
  • the material for thermal modification may be rod-like, preferably in the form of a cylinder.
  • the catalyst material is then arranged around this rod-like body, this preferably forming a hollow-cylindrical body. The exothermic oxidation reaction takes place on the outer annular catalyst shell and transfers the heat to the inner core, which causes a change in length due to the temperature rise.
  • the conveying element consists at least partially of an elastic material.
  • a rubber-elastic material is suitable.
  • the conveying element may consist of a silicone rubber or a silicone elastomer.
  • the conveyor element is elastic deformable table and can lean against the housing walls of the pump if necessary.
  • the conveying element has a crescent-shaped cross section.
  • the conveying element is preferably designed as a bell-shaped body.
  • the conveying element is in operative connection with the drive via a connecting element.
  • the connecting element may be a wire which is attached to the conveying element and, in the event of a contraction of a material of the drive, deforms the conveying element in one direction, so that medium is conveyed.
  • the connecting element is at least partially arranged in the conveying element.
  • the pump has a return element, which deforms the conveying element after a deformation of the conveying element by the drive.
  • a first phase there is a thermal change of a material of the drive, which leads to a change in shape of the conveying element, which is sucked by this change in shape, for example, medium.
  • the return element ensures that the conveyor element returns to its original position. By this shape change back to the initial state, for example, medium is pushed out.
  • the restoring element can be, for example, a spring element which acts as a return spring, in particular a leaf spring element.
  • the return element is integrated in the conveying element.
  • a return spring may be embedded in the conveyor element made of an elastic mass.
  • the drive is fixed in place at one end. At the other end of the drive is connected via a connecting element with the conveying element in connection. As a result of the contraction and expansion processes in the drive, this results in a deformation movement of the conveying element, which leads to a delivery of the medium.
  • the space has an inlet through which the educts flow to the catalyst material for the oxidation.
  • the material undergoes catalytic oxidation. This can be a total oxidation with the products water or carbon dioxide or a partial oxidation in which carbon monoxide or organic products can also be formed.
  • a stream of the resulting products and the unreacted educts leaves the room through an outlet.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the invention
  • FIG. 2 a shows an arrangement of a pump in a pipe in a ground state
  • FIG. 2b shows an arrangement of a pump in a pipe during suction
  • Figure 2c shows an arrangement of a pump in a pipe during ejection.
  • FIG. 1 shows a pump for delivering a medium, which flows into the pump according to the left-hand block arrow and flows out of the pump according to the right-hand block arrow.
  • the pump comprises a conveying element 1.
  • the conveying element 1 is designed in the embodiment as a bell-shaped silicone shell and has a crescent-shaped cross-section.
  • the conveying element 1 is connected to a drive via a connecting element 3.
  • the connecting element 3 is a wire which is embedded in the conveying element 1 and is connected to the drive by means of deflecting rollers 4.
  • the drive comprises a first material 5, which is designed as an inner core in the form of a cylinder and a second material 6 as an outer shell, which surrounds the first material 5 in an annular manner.
  • the rod-like core of the drive 2 is a material 5 for performing a thermal change of the geometric dimensions.
  • a shape memory material is used, which is designed as a nickel-titanium alloy.
  • the annular outer shell of the drive 2 is made of a material 6, which serves as a catalyst for an oxidation reaction.
  • a platinum-containing material is used. These are carbon nanotubes coated with platinum particles.
  • a mixture in a space 8 which has an oxidizing agent and a substance to be oxidized.
  • the oxidizing agent is oxygen or air and the oxidizing agent is hydrogen.
  • the space 8 is separated from a housing 9 by the space 10 in which the medium to be conveyed is located.
  • the oxidizing agent is reacted with the oxidizing agent on the catalytic material 6.
  • hydrogen and oxygen react to form water.
  • the mixture with the reaction products and the unreacted starting materials leaves the space 8 through an outlet 14 in the direction of the lower block arrow.
  • the material 5 heats up and changes its geometric dimensions. For example, there may be a length contraction, so that the rod-like drive 2 contracts.
  • the ends of the conveying element 1 are sealingly against the walls 1 1 of a housing of the pump.
  • a first backflow prevention element 13 opens.
  • the oxidation reaction ends on the material 6.
  • the reaction comes to a standstill, for example, because no new oxidizing agent is supplied more or was already consumed in the space 8.
  • the rod-like drive 2 cools down. For example, this leads to a change in length, whereby the wire-like connecting element 3 loses its mechanical tension and the Flanks or wings of the bell-shaped conveying element 1 again fold down in the starting position shown as a solid line.
  • Figure 2a shows an arrangement of a pump in a pipe with a conveying element 1, which in the embodiment, according to the figures 2a, 2b and 2c, as a flexible
  • the holder 19 is stationary and therefore forms a fixed point for a relative movement of the drive 2.
  • a connecting element 3 which is designed in the embodiment as a wire, the drive 2 is connected to the conveying element 1 in connection.
  • the connecting element 3 is guided over deflection rollers 4 and engages at a point 20 of the conveying element. 1
  • the arrangement has a first backflow prevention element 13 and a second backflow prevention element 16. These are arranged at the inlet or at the outlet of the space 10.
  • FIG. 2b shows a suction process of the arrangement.
  • the drive 2 is in an expanded state.
  • medium flows into a space 10
  • the second backflow prevention element 16 closes the space 10.
  • FIG. 2c shows an ejection process of the arrangement.
  • the drive 2 is in a contracted state and pulls the conveyor element 1 designed as a flexible tube wall inwards. As a result, the medium is displaced from the space 10 and flows off via the now open backflow prevention element 16.

Abstract

The invention relates to a pump comprising a pumping element (1) for admitting and discharging a medium. The pumping element (1) is connected to a drive unit (2). The drive unit (2) has a material (5) for thermally changing its geometrical dimensions. The drive unit is connected to the pumping element (1) in order for the shape to change. The change in shape causes the medium to be pumped.

Description

Beschreibung  description
Pumpe mit verformbarem Förderelement Pump with deformable conveying element
Die Erfindung betrifft eine Pumpe mit einem Förderelement zum Einströmen und Ausströmen eines Mediums, wobei das Förderelement mit einem Antrieb in Verbindung steht, sowie ein Verfahren zur Förderung eines Mediums. The invention relates to a pump with a conveying element for the inflow and outflow of a medium, wherein the conveying element is in communication with a drive, and a method for conveying a medium.
Pumpen sind Arbeitsmaschinen, mit denen Medien gefördert werden. Neben Flüssigkeiten zählen unter anderem Flüssigkeit-Feststoff-Gemische, Pasten oder Flüssigkeiten mit einem Gasanteil zu diesen Medien. Dafür wird über einen Antrieb das Medium in Bewegung versetzt. Pumps are working machines used to convey media. In addition to liquids include, among others, liquid-solid mixtures, pastes or liquids with a gas content to these media. For this, the medium is set in motion via a drive.
Pumpen werden nach ihrem Funktionsprinzip unterteilt. Die Erfindung betrifft eine Verdrängerpumpe. Ein Förderelement saugt in einer ersten Phase eines Zyklus das Medium an und drückt in einer nächsten Phase das Medium hinaus. Bei Membranpumpen ist das Förderelement als Membran ausgebildet, die mit einem Antrieb in Verbindung stehen. Als Antrieb kommt häufig ein Kolben zum Einsatz, der oszillierende Bewegungen durchführt. Die Bewegung des Kolbens bewirkt einen Ausschlag der Membran, die dadurch Saug- und Druckimpulse hervorruft. In der EP 1 813 803 A1 wird eine Kraftstoffpumpe für einen Verbrennungsmotor beschrieben. Die Kraftstoffpumpe umfasst eine Pumpkammer mit einem Einlassventil und einem Auslassventil. Die Pumpkammer wird auf einer Seite von einer flexiblen Memb- ran verschlossen. Auf die Membran wirkt eine Betätigungseinrichtung ein, um das Volumen der Pumpkammer zyklisch zu variieren. Die Betätigungseinrichtung umfasst ein Formgedächtnismaterial, das mit der flexiblen Membran gekoppelt ist. Die US 2004/01 15067A1 zeigt eine einfach aufgebaute, sehr präzise Kolbenpumpe. Pumps are subdivided according to their functional principle. The invention relates to a positive displacement pump. A delivery element sucks the medium in a first phase of a cycle and pushes the medium out in a next phase. In diaphragm pumps, the conveying element is designed as a membrane, which are in communication with a drive. The drive is often a piston used, which performs oscillating movements. The movement of the piston causes a rash of the membrane, thereby causing suction and pressure pulses. EP 1 813 803 A1 describes a fuel pump for an internal combustion engine. The fuel pump includes a pumping chamber having an inlet valve and an outlet valve. The pumping chamber is supported on one side by a flexible membrane. shut up. An actuator acts on the diaphragm to vary the volume of the pumping chamber cyclically. The actuator includes a shape memory material coupled to the flexible membrane. The US 2004/01 15067A1 shows a simply constructed, very precise piston pump.
Die DE 1 0 2005 040 344 A1 zeigt eine modulare Kolbenpumpe mit einem Antrieb auf Basis einer Formgedächtnislegierung. Die DE 1 0 2007 042 791 A1 zeigt eine Pumpe deren Antriebseinheit eine Formgedächtnislegierung umfasst. DE 1 0 2005 040 344 A1 shows a modular piston pump with a drive based on a shape memory alloy. DE 1 0 2007 042 791 A1 shows a pump whose drive unit comprises a shape memory alloy.
Die JP 60053679 A zeigt eine Kolbenpumpe, deren Antrieb auf einer Formgedächtnislegierung aufbaut. JP 60053679 A shows a piston pump whose drive is based on a shape memory alloy.
Die EP 1 813 803 A1 zeigt eine Kraftstoffpumpe, die mittels einer Formgedächtnisvorrichtung angetrieben wird. EP 1 813 803 A1 shows a fuel pump which is driven by means of a shape memory device.
Die US 7, 135,076 B2 zeigt eine Kombination aus einer Formgedächtnislegierung und einem diese Umgebenden Katalysator, der aus einem Umgebungsmedium Energieträger umzuwandeln vermag. No. 7,135,076 B2 shows a combination of a shape memory alloy and a surrounding catalyst which is able to convert energy carriers from a surrounding medium.
Die US 8,096,1 19 B2 zeigt einen künstlichen Muskel auf Basis einer Formgedächtnislegierung. US 8,096,119 B2 shows an artificial muscle based on a shape memory alloy.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Pumpe anzugeben, die weitgehend unabhängig von herkömmlichen Energiequellen arbeiten kann. Weiterhin soll ein Verfahren zum Fördern eines Mediums angegeben werden, das auch ohne aufwendige Infrastruktur bzw. ohne lange Versorgungsleitung betrieben werden kann. Auch soll sich die Pumpe durch eine lange Lebensdauer, eine zuverlässige Arbeitsweise und möglichst geringen Anschaf- fungs- bzw. Betriebskosten auszeichnen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Pumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Bevorzugte Varianten sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen. The object of the invention is to provide a pump that can operate largely independently of conventional energy sources. Furthermore, a method for conveying a medium is to be specified, which can be operated without a complex infrastructure or without a long supply line. The pump should also be characterized by a long service life, a reliable mode of operation and the lowest possible purchase or operating costs. This object is achieved by a pump having the features of claim 1 and a method having the features of claim 13. Preferred variants can be found in the subclaims, the description and the drawing.
Erfindungsgemäß weist der Antrieb ein Material zur Durchführung einer thermischen Änderung seiner geometrischen Abmessung auf. Durch Wärmeentwicklung dehnt sich das Material aus oder zieht sich zusammen. Aufgrund der Wärmeausdehnung bzw. Wärmeschrumpfung ändert sich die Länge, der Flächeninhalt bzw. das Volumen des Körpers, der aus diesem Material gefertigt ist. According to the invention, the drive has a material for performing a thermal change of its geometric dimension. By heat development, the material expands or contracts. Due to the thermal expansion or heat shrinkage changes the length, the surface area or the volume of the body, which is made of this material.
Erfindungsgemäß steht das Material mit dem Förderelement der Pumpe derart in Verbindung, dass die Änderungen der geometrischen Abmessungen des Materials eine Formänderung des Förderelements hervorrufen. Diese Formänderung des Förderele- ments führt zur Förderung des Mediums. According to the invention, the material is connected to the conveying element of the pump in such a way that the changes in the geometric dimensions of the material cause a change in shape of the conveying element. This change in shape of the conveying element leads to the promotion of the medium.
Bei einer besonders günstigen Variante der Erfindung handelt es sich bei dem Material um eine Formgedächtnislegierung. Formgedächtnislegierungen (englisch: Shape Memory Alloy, Abkürzung: SMA) sind spezielle Metalle, die in zwei unterschiedlichen Kris- tallstrukturen existieren können. Sie werden oft auch als Memory-Metalle bezeichnet. Dies rührt von dem Phänomen, dass sie sich an eine frühere Formgebung trotz nachfolgender starker Verformung zu erinnern scheinen. In a particularly favorable variant of the invention, the material is a shape memory alloy. Shape memory alloys (abbreviation: SMA) are special metals that can exist in two different crystal structures. They are often referred to as memory metals. This is due to the phenomenon that they seem to be reminiscent of an earlier shaping despite subsequent severe deformation.
Vorzugsweise wird als Material eine Nickel-Titan-Legierung eingesetzt. Diese zeichnen sich durch besonders große Effekte bei gleichzeitig hoher Festigkeit aus. Bei Temperaturänderung vollzieht sich ein Phasenübergang. Preferably, a nickel-titanium alloy is used as the material. These are characterized by particularly large effects combined with high strength. When the temperature changes, a phase transition takes place.
Bei einer besonders günstigen Variante der Erfindung weist der Antrieb zudem ein Material zur Oxidation auf. Vorzugsweise handelt es sich dabei um ein katalytisches Mate- rial, wobei sich insbesondere ein platinhaltiges Material eignet. Bei einer Variante der Erfindung werden Nanopartikel von Platin eingesetzt. Diese werden bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auf winzigen Röhren aus Kohlenstoff aufgetragen. In a particularly favorable variant of the invention, the drive also has a material for oxidation. Preferably, this is a catalytic material, wherein in particular a platinum-containing material is suitable. In one variant of the invention, nanoparticles of platinum are used. These will be at a special preferred embodiment of the invention applied to tiny tubes made of carbon.
Das Material kommt mit mindestens einem Stoff in Kontakt, der mit Sauerstoff in einer katalytischen Reaktion umgesetzt wird. Bei den Stoffen kann es sich beispielsweise um Wasserstoff oder organische Verbindungen wie beispielsweise Methanol handeln. Bei einer Variante der Erfindung werden als Stoffe organische Verbindungen eingesetzt, die im Wasser gelöst sind. Dabei kann es sich beispielsweise um Zucker oder Kohlenhydrate wie zum Beispiel Stärke handeln. Insbesondere verschmutzte Gewässer weisen häufig eine Vielzahl an organischen Substanzen auf, welche sich als Stoffe für eine oxidative Umsetzung eignen. The material comes into contact with at least one substance which is reacted with oxygen in a catalytic reaction. The substances may be, for example, hydrogen or organic compounds such as methanol. In one variant of the invention, organic compounds which are dissolved in the water are used as substances. These may be, for example, sugars or carbohydrates such as starch. Polluted waters, in particular, often have a large number of organic substances which are suitable as substances for oxidative conversion.
Durch die exotherme oxidative Umsetzung wird Wärme freigesetzt, die an das Material zur Durchführung einer thermischen Änderung übertragen wird. Durch den Temperatur- anstieg ändern sich die geometrischen Abmessungen und es kommt zu einer Längen-, Flächen- bzw. Volumenänderung, die zu einer Formänderung des Förderelements führen. The exothermic oxidative reaction releases heat which is transferred to the material to effect a thermal change. As a result of the increase in temperature, the geometric dimensions change and there is a change in length, area or volume which leads to a change in shape of the conveying element.
Bei einer besonders günstigen Variante der Erfindung ist das für die Oxidation verant- wortliche Material um das Material angeordnet, welches eine thermische Änderung der geometrischen Abmessung durchführt. Beispielsweise kann das Material zur thermischen Änderung stabartig, vorzugsweise in Form eines Zylinders, ausgebildet sein. Um diesen stabartigen Körper ist dann das Katalysatormaterial angeordnet, wobei dieses vorzugsweise einen hohlzylindrischen Körper bildet. An der äußeren, ringförmigen Kata- lysatorhülle läuft die exotherme Oxidationsreaktion ab und überträgt die Wärme an den inneren Kern, der eine Längenänderung aufgrund des Temperaturanstiegs durchführt. In a particularly favorable variant of the invention, the material responsible for the oxidation is arranged around the material, which performs a thermal change of the geometric dimension. For example, the material for thermal modification may be rod-like, preferably in the form of a cylinder. The catalyst material is then arranged around this rod-like body, this preferably forming a hollow-cylindrical body. The exothermic oxidation reaction takes place on the outer annular catalyst shell and transfers the heat to the inner core, which causes a change in length due to the temperature rise.
Bei einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung besteht das Förderelement zumindest teilweise aus einem elastischen Material. Vorzugsweise eignet sich ein gummielastisches Material. Beispielsweise kann das Förderelement aus einem Silikonkautschuk oder einem Silikonelastomer bestehen. Somit ist das Förderelement elas- tisch verformbar und kann sich bei Bedarf dichtend an die Gehäusewände der Pumpe anlehnen. In a particularly advantageous variant of the invention, the conveying element consists at least partially of an elastic material. Preferably, a rubber-elastic material is suitable. For example, the conveying element may consist of a silicone rubber or a silicone elastomer. Thus, the conveyor element is elastic deformable table and can lean against the housing walls of the pump if necessary.
Bei einer besonders günstigen Ausführung der Erfindung weist das Förderelement ei- nen sichelförmigen Querschnitt auf. Das Förderelement ist vorzugsweise als glockenförmiger Körper ausgebildet. In a particularly favorable embodiment of the invention, the conveying element has a crescent-shaped cross section. The conveying element is preferably designed as a bell-shaped body.
Das Förderelement steht bei einer vorteilhaften Variante der Erfindung über ein Verbindungselement mit dem Antrieb in Wirkverbindung. Bei dem Verbindungselement kann es sich beispielsweise um einen Draht handeln, der an dem Förderelement angebracht ist und bei einer Kontraktion eines Materials des Antriebs das Förderelement in eine Richtung verformt, sodass Medium gefördert wird. Bei einer besonders günstigen Variante ist das Verbindungselement zumindest teilweise in dem Förderelement angeordnet. So kann ein als Draht ausgebildetes Verbindungselement in der elastischen Masse, aus der das Förderelement besteht, eingebettet sein. In an advantageous variant of the invention, the conveying element is in operative connection with the drive via a connecting element. By way of example, the connecting element may be a wire which is attached to the conveying element and, in the event of a contraction of a material of the drive, deforms the conveying element in one direction, so that medium is conveyed. In a particularly favorable variant, the connecting element is at least partially arranged in the conveying element. Thus, a trained as a wire connecting element in the elastic mass, of which the conveying element consists, be embedded.
Bei einer besonders günstigen Ausführung der Erfindung weist die Pumpe ein Rückstellelement auf, welches nach einer Verformung des Förderelements durch den Antrieb das Förderelement zurückverformt. In a particularly favorable embodiment of the invention, the pump has a return element, which deforms the conveying element after a deformation of the conveying element by the drive.
Während einer ersten Phase kommt es zu einer thermischen Änderung eines Materials des Antriebs, die zu einer Formänderung des Förderelements führt, wobei durch diese Formänderung Medium beispielsweise angesaugt wird. In einer zweiten Phase sorgt das Rückstellelement dafür, dass das Förderelement in seine Ausgangsposition zu- rückkehrt. Durch diese Formänderung zurück in den Ausgangszustand wird beispielsweise Medium hinausgedrückt. During a first phase, there is a thermal change of a material of the drive, which leads to a change in shape of the conveying element, which is sucked by this change in shape, for example, medium. In a second phase, the return element ensures that the conveyor element returns to its original position. By this shape change back to the initial state, for example, medium is pushed out.
Die zuvor beschriebenen Phasen wiederholen sich zyklisch. Bei dem Rückstellelement kann es sich beispielsweise um ein Federelement handeln, die als Rückstellfeder fungiert, insbesondere ein Blattfederelement. Bei einer Variante der Erfindung ist das Rückstellelement in das Förderelement integriert. Beispielsweise kann eine Rückstellfeder in das aus einer elastischen Masse gefertigte Förderelement eingebettet sein. Vorzugsweise ist der Antrieb an einem Ende ortsfest festgelegt. Mit dem anderen Ende steht der Antrieb über ein Verbindungselement mit dem Förderelement in Verbindung. Durch die Kontraktions- und Expansionsvorgänge im Antrieb entsteht dadurch eine Verformungsbewegung des Förderelements, welche zu einer Förderung des Mediums führt. The phases described above repeat themselves cyclically. The restoring element can be, for example, a spring element which acts as a return spring, in particular a leaf spring element. In a variant of the invention, the return element is integrated in the conveying element. For example, a return spring may be embedded in the conveyor element made of an elastic mass. Preferably, the drive is fixed in place at one end. At the other end of the drive is connected via a connecting element with the conveying element in connection. As a result of the contraction and expansion processes in the drive, this results in a deformation movement of the conveying element, which leads to a delivery of the medium.
Als besonders günstig erweist es sich, wenn der Antrieb in einem Raum angeordnet ist, der abgeschlossen ist gegenüber dem zu fördernden Medium. It proves to be particularly favorable when the drive is arranged in a space which is closed with respect to the medium to be conveyed.
Der Raum weist einen Einlass auf, durch den die Edukte für die Oxidation dem Kataly- satormaterial zuströmen. An dem Material findet eine katalytische Oxidation statt. Dabei kann es sich um eine Totaloxidation mit den Produkten Wasser bzw. Kohlendioxid handeln oder um eine Partialoxidation, bei der auch Kohlenmonoxid oder organische Produkte entstehen können. Ein Stoffstrom mit den entstandenen Produkten und den nicht umgesetzten Edukten verlässt den Raum durch einen Auslass. The space has an inlet through which the educts flow to the catalyst material for the oxidation. The material undergoes catalytic oxidation. This can be a total oxidation with the products water or carbon dioxide or a partial oxidation in which carbon monoxide or organic products can also be formed. A stream of the resulting products and the unreacted educts leaves the room through an outlet.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben durch Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand einer Zeichnung und aus der Zeichnung selbst. Further features and advantages of the invention will become apparent from a description of an embodiment with reference to a drawing and the drawing itself.
Dabei zeigt It shows
Figur 1 eine schematische Darstellung der Erfindung, Figur 2a eine Anordnung einer Pumpe in einem Rohr in einem Grundzustand, 1 shows a schematic representation of the invention, FIG. 2 a shows an arrangement of a pump in a pipe in a ground state,
Figur 2b eine Anordnung einer Pumpe in einem Rohr beim Ansaugen, Figur 2c eine Anordnung einer Pumpe in einem Rohr beim Ausstoßen. FIG. 2b shows an arrangement of a pump in a pipe during suction, Figure 2c shows an arrangement of a pump in a pipe during ejection.
Die Figur 1 zeigt eine Pumpe zur Förderung eines Mediums, das gemäß dem linken Blockpfeil in die Pumpe einströmt und gemäß dem rechten Blockpfeil aus der Pumpe ausströmt. FIG. 1 shows a pump for delivering a medium, which flows into the pump according to the left-hand block arrow and flows out of the pump according to the right-hand block arrow.
Die Pumpe umfasst ein Förderelement 1 . Das Förderelement 1 ist im Ausführungsbeispiel als glockenförmige Silikonhülle ausgeführt und weist einen sichelförmigen Quer- schnitt auf. The pump comprises a conveying element 1. The conveying element 1 is designed in the embodiment as a bell-shaped silicone shell and has a crescent-shaped cross-section.
Das Förderelement 1 ist mit einem Antrieb über ein Verbindungselement 3 verbunden. Bei dem Verbindungselement 3 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um einen Draht, der im Förderelement 1 eingebettet ist und mittels Umlenkrollen 4 mit dem Antrieb ver- bunden ist. The conveying element 1 is connected to a drive via a connecting element 3. In the exemplary embodiment, the connecting element 3 is a wire which is embedded in the conveying element 1 and is connected to the drive by means of deflecting rollers 4.
Der Antrieb umfasst ein erstes Material 5, das als innerer Kern in Form eines Zylinders ausgebildet ist und ein zweites Material 6 als äußere Hülle, die ringförmig das erste Material 5 umgibt. The drive comprises a first material 5, which is designed as an inner core in the form of a cylinder and a second material 6 as an outer shell, which surrounds the first material 5 in an annular manner.
Bei dem stabartigen Kern des Antriebs 2 handelt es sich um ein Material 5 zur Durchführung einer thermischen Änderung der geometrischen Abmessungen. Im Ausführungsbeispiel kommt dabei ein Formgedächtnismaterial zum Einsatz, das als Nickel- Titan-Legierung ausgeführt ist. The rod-like core of the drive 2 is a material 5 for performing a thermal change of the geometric dimensions. In the embodiment, while a shape memory material is used, which is designed as a nickel-titanium alloy.
Die ringförmige äußere Hülle des Antriebs 2 besteht aus einem Material 6, das als Katalysator für eine Oxidationsreaktion dient. Im Ausführungsbeispiel kommt dabei ein pla- tinhaltiges Material zum Einsatz. Es handelt sich um Kohlenstoffnanoröhrchen, die mit Platinpartikeln beschichtet sind. The annular outer shell of the drive 2 is made of a material 6, which serves as a catalyst for an oxidation reaction. In the exemplary embodiment, a platinum-containing material is used. These are carbon nanotubes coated with platinum particles.
Durch einen Einlass 7 strömt gemäß dem oberen Blockpfeil ein Gemisch in einen Raum 8, das ein Oxidationsmittel und einen zu oxidierenden Stoff aufweist. Im Ausfüh- rungsbeispiel handelt es sich bei dem Oxidationsmittel um Sauerstoff oder Luft und bei dem zu oxidierenden Stoff um Wasserstoff. Through an inlet 7 flows according to the upper block arrow, a mixture in a space 8, which has an oxidizing agent and a substance to be oxidized. In the version For example, the oxidizing agent is oxygen or air and the oxidizing agent is hydrogen.
Der Raum 8 ist von einem Gehäuse 9 von dem Raum 10 getrennt, in dem sich das zu fördernde Medium befindet. The space 8 is separated from a housing 9 by the space 10 in which the medium to be conveyed is located.
Der oxidierende Stoff wird mit dem Oxidationsmittel am katalytischen Material 6 umgesetzt. Im Ausführungsbeispiel reagiert dabei Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser. Das Gemisch mit den Reaktionsprodukten und den nicht umgesetzten Edukten verlässt den Raum 8 durch einen Auslass 14 in Richtung des unteren Blockpfeils. The oxidizing agent is reacted with the oxidizing agent on the catalytic material 6. In the exemplary embodiment, hydrogen and oxygen react to form water. The mixture with the reaction products and the unreacted starting materials leaves the space 8 through an outlet 14 in the direction of the lower block arrow.
Bei der exothermen Reaktion wird Wärme frei, die an den inneren Kern des Antriebszweigs übertragen wird. Das Material 5 erwärmt sich und ändert seine geometrischen Abmessungen. Beispielsweise kann es zu einer Längenkontraktion kommen, sodass sich der stabartige Antrieb 2 zusammenzieht. In the exothermic reaction heat is released, which is transmitted to the inner core of the drive branch. The material 5 heats up and changes its geometric dimensions. For example, there may be a length contraction, so that the rod-like drive 2 contracts.
Dadurch wird das drahtartige Verbindungselement 3 gespannt, sodass die Flanken des glockenartigen Förderelements 1 nach oben verformt werden. Die Stellung ist als gestrichelte Linie in der Figur dargestellt. As a result, the wire-like connecting element 3 is tensioned, so that the flanks of the bell-shaped conveying element 1 are deformed upwards. The position is shown as a dashed line in the figure.
Die Enden des Förderelements 1 liegen dichtend an den Wänden 1 1 eines Gehäuses der Pumpe an. The ends of the conveying element 1 are sealingly against the walls 1 1 of a housing of the pump.
Bei der Verformung des Förderelements 1 nach oben wird Medium durch die Zulei- tung 12 in den durch Verformung des Förderelements 1 vergrößerten Raum 10 gesaugt. Ein erstes Rückflussverhinderungselement 13 öffnet sich. During the deformation of the conveyor element 1 upwards medium is sucked by the Zulei- device 12 in the enlarged by deformation of the conveyor element 1 space 10. A first backflow prevention element 13 opens.
In einer zweiten Phase endet die Oxidationsreaktion am Material 6. Die Reaktion kommt beispielsweise zum Stillstand, weil kein neues oxidierendes Mittel mehr zugeführt wird bzw. im Raum 8 bereits verbraucht wurde. Ohne die exotherme Reaktion kühlt sich der stabartige Antrieb 2 ab. Beispielsweise führt dies zu einer Längenänderung, wodurch das drahtartige Verbindungselement 3 seine mechanische Spannung verliert und die Flanken bzw. Flügel des glockenförmigen Förderelements 1 wieder nach unten klappen in die als durchgezogene Linien dargestellte Ausgangsposition. In a second phase, the oxidation reaction ends on the material 6. The reaction comes to a standstill, for example, because no new oxidizing agent is supplied more or was already consumed in the space 8. Without the exothermic reaction, the rod-like drive 2 cools down. For example, this leads to a change in length, whereby the wire-like connecting element 3 loses its mechanical tension and the Flanks or wings of the bell-shaped conveying element 1 again fold down in the starting position shown as a solid line.
Dadurch wird der Raum 10 verkleinert und das Medium wird durch eine Ableitung 14 hinaus gefördert. Dabei öffnet sich ein zweites Rückflussverhinderungselement 1 5, das beim vorherigen Ansaugvorgang geschlossen war. Während des nun ablaufenden Ausdrückvorgangs ist das erste Rückflussverhinderungselement 1 3 geschlossen. As a result, the space 10 is reduced and the medium is conveyed through a discharge line 14 addition. This opens a second backflow prevention element 1 5, which was closed in the previous intake. During the now running Ausdrückvorgangs the first backflow prevention element 1 3 is closed.
Ein Rückstellelement 1 7, welches im Ausführungsbeispiel als Rückstellfeder ausgeführt ist, bringt das Förderelement 1 in seine Ausgangsposition zurück. A return element 1 7, which is designed in the embodiment as a return spring, brings the conveying element 1 to its original position.
Die zuvor beschriebenen Phasen wiederholen sich zyklisch. The phases described above repeat themselves cyclically.
Figur 2 a zeigt eine Anordnung einer Pumpe in einem Rohr mit einem Förderelement 1 , das bei dem Ausführungsbeispiel, gemäß der Figuren 2a, 2b und 2c, als flexible Figure 2a shows an arrangement of a pump in a pipe with a conveying element 1, which in the embodiment, according to the figures 2a, 2b and 2c, as a flexible
Rohrwand ausgeführt ist. Pipe wall is executed.
Die Anordnung umfasst eine Halterung 19. Die Halterung 19 ist ortsfest und bildet daher einen Fixpunkt für eine Relativbewegung des Antriebs 2. Über ein Verbindungselement 3, das im Ausführungsbeispiel als Draht ausgeführt ist, steht der Antrieb 2 mit dem Förderelement 1 in Verbindung. Das Verbindungselement 3 wird über Umlenkrollen 4 geführt und greift an einem Punkt 20 des Förderelements 1 . The holder 19 is stationary and therefore forms a fixed point for a relative movement of the drive 2. About a connecting element 3, which is designed in the embodiment as a wire, the drive 2 is connected to the conveying element 1 in connection. The connecting element 3 is guided over deflection rollers 4 and engages at a point 20 of the conveying element. 1
Die Anordnung verfügt über ein erstes Rückflussverhinderungselement 13 und ein zwei- tes Rückflussverhinderungselement 16. Diese sind am Eintritt beziehungsweise am Austritt des Raums 1 0 angeordnet. The arrangement has a first backflow prevention element 13 and a second backflow prevention element 16. These are arranged at the inlet or at the outlet of the space 10.
Figur 2b zeigt einen Ansaugvorgang der Anordnung. Der Antrieb 2 befindet sich in einem gedehnten Zustand. Das als flexible Rohrwand ausgebildete Förderelement 1 ist es nach außen gewölbt. Durch das erste Rückflussverhinderungselement 13 fließt Medium in einen Raum 10, während das zweite Rückflussverhinderungselement 16 den Raum 10 verschließt. Figur 2c zeigt einen Ausstoßvorgang der Anordnung. Der Antrieb 2 befindet sich in einem kontrahierten Zustand und zieht das als flexible Rohrwand ausgebildete Förderungselement 1 nach innen. Dadurch wird das Medium aus dem Raum 10 verdrängt und fließt über das nun geöffnete Rückflussverhinderungselement 16 ab. FIG. 2b shows a suction process of the arrangement. The drive 2 is in an expanded state. The trained as a flexible pipe wall conveying element 1, it is curved outwardly. Through the first backflow prevention element 13, medium flows into a space 10, while the second backflow prevention element 16 closes the space 10. FIG. 2c shows an ejection process of the arrangement. The drive 2 is in a contracted state and pulls the conveyor element 1 designed as a flexible tube wall inwards. As a result, the medium is displaced from the space 10 and flows off via the now open backflow prevention element 16.

Claims

Patentansprüche Pumpe mit verformbarem Förderelement Claims Pump with deformable conveying element
1 . Pumpe mit einem Förderelement (1 ) zum Einströmen und Ausströmen eines Mediums, wobei das Förderelement (1 ) mit einem Antrieb (2) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (2) ein Material (5) zum Durchführung einer thermischen Änderung der geometrischen Abmessungen aufweist, das mit dem Förderelement (1 ) zur Formänderung in Verbindung steht, wobei die Formänderung eine Förderung des Mediums bewirkt, wobei das Förderelement (1 ) zumindest teilweise aus einem elastischen Material, insbesondere einem gummielastischen Material, wobei der Antrieb (2) in direktem Kontakt zum Fördermedium steht. 1 . Pump with a conveying element (1) for the inflow and outflow of a medium, wherein the conveying element (1) is in communication with a drive (2), characterized in that the drive (2) comprises a material (5) for performing a thermal change of the geometric dimensions, which is in communication with the conveying element (1) for changing the shape, wherein the deformation causes a promotion of the medium, wherein the conveying element (1) at least partially made of an elastic material, in particular a rubber-elastic material, wherein the drive (2) is in direct contact with the pumped medium.
2. Pumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Material (5) um eine Formgedächtnislegierung, insbesondere eine Nickel-Titan-Legierung, handelt. 2. Pump according to claim 1, characterized in that it is the material (5) is a shape memory alloy, in particular a nickel-titanium alloy, is.
3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (2) ein Material (6) zur Oxidation aufweist, das zur Übertragung von Wärme mit dem Material (5) zur Durchführung der thermischen Änderung der geometrischen Abmessungen in Verbindung steht. 3. A pump according to claim 1 or 2, characterized in that the drive (2) comprises a material (6) for oxidation, which communicates with the material (5) for carrying out the thermal change of the geometric dimensions for the transmission of heat.
4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (6) zur Oxidation um das Material (5) zur thermischen Änderung der geometri- sehen Abmessungen angeordnet ist. 4. Pump according to one of claims 1 to 3, characterized in that the material (6) for oxidation around the material (5) for the thermal change of the geometric see dimensions is arranged.
5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (2) einen stabartigen Kern aus dem Material (5) zur Durchführung einer thermi- sehen Längenänderung aufweist, um den das Material zur Oxidation angeordnet ist. 5. Pump according to one of claims 1 to 4, characterized in that the drive (2) has a rod-like core of the material (5) for performing a thermal see length change, around which the material is arranged for oxidation.
6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderelement (1 ) einen sichelförmigen Querschnitt aufweist, wobei das Förderelement vorzugsweise als glockenförmiger Körper ausgebildet ist. 6. Pump according to one of claims 1 to 5, characterized in that the conveying element (1) has a crescent-shaped cross-section, wherein the conveying element is preferably formed as a bell-shaped body.
7. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (2) an einem Ende ortsfest festgelegt ist, wobei vorzugsweise das andere Ende über ein Verbindungselement (3) mit dem Förderelement (1 ) in Verbindung steht. 7. Pump according to one of claims 1 to 6, characterized in that the drive (2) is fixedly fixed at one end, wherein preferably the other end via a connecting element (3) with the conveying element (1) is in communication.
8. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderelement (1 ) über ein Verbindungselement (3) mit dem Antrieb (2) in Wirkverbindung steht, das vorzugsweise drahtartig ausgebildet ist. 8. Pump according to one of claims 1 to 7, characterized in that the conveying element (1) via a connecting element (3) with the drive (2) is in operative connection, which is preferably formed like a wire.
9. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pum- pe ein Rückstellelement (17) zur Formänderung des Förderelements (1 ) aufweist. 9. Pump according to one of claims 1 to 8, characterized in that the pump has a return element (17) for changing the shape of the conveying element (1).
10. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (2) in einem Raum (8) angeordnet ist, der einen Einlass (7) für Edukte zur Oxidation aufweist, wobei der Raum (8) vorzugsweise abgeschlossen ist gegenüber dem zu fördernden Medium. 10. Pump according to one of claims 1 to 9, characterized in that the drive (2) in a space (8) is arranged, which has an inlet (7) for educts for the oxidation, wherein the space (8) is preferably completed towards the medium to be conveyed.
1 1 . Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (2) in einem Raum (8) angeordnet ist, der einen Auslass (14) für Produkte der Oxidation und nicht umgesetzte Edukte aufweist. 1 1. Pump according to one of claims 1 to 10, characterized in that the drive (2) in a space (8) is arranged, which has an outlet (14) for products of oxidation and unreacted educts.
12. Verfahren zur Förderung eines Mediums mit folgenden Schritten: 12. Method of conveying a medium with the following steps:
- Oxidation an einem Material (6), - Erzeugung von Wärme durch die Oxidation, Oxidation on a material (6), - generation of heat by the oxidation,
- Übertragung der Wärme an ein Material (5),  Transfer of the heat to a material (5),
- thermische Längenänderung des Materials (5),  - thermal change in length of the material (5),
- Verformen eines Förderelements (1 ),  Deforming a conveying element (1),
- Erzeugung einer Strömung des Mediums,  Generation of a flow of the medium,
- Abkühlung des Materials (5),  Cooling the material (5),
- thermische Längenänderung des Materials (5),  - thermal change in length of the material (5),
- Verformen des Förderelements (1 ),  Deforming the conveying element (1),
- Erzeugung einer Strömung des Mediums  - Generating a flow of the medium
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (5) bei Erwärmung eine Kontraktion durchführt. 13. The method according to claim 12, characterized in that the material (5) performs a contraction when heated.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (5) bei Abkühlung eine Ausdehnung durchführt. 14. The method according to claim 12 or 13, characterized in that the material (5) performs an expansion when cooled.
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