CN104249862B - 用于在天体轨道中分离液体的罐 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于储存低温液体或能储存的液体的罐，所述罐用于在失重条件下在宇宙空间实验中使用，在所述罐中为了安全地分开气体相和液体相而布置有由海绵状材料、尤其由金属泡沫制成的结构，这些结构的总孔隙容积选择得大于待接收的液体的体积。这些结构构造为内置布置的、环形的板，这些板布置在柱体形构造的罐的内部。在罐的中心布置有取出装置，所述取出装置处在所述金属泡沫的孔隙开口之前。为了在失重条件下的要求使用低温液体的宇宙空间实验，罐可以与一前置的储存罐一起被布置在一低温恒温器中，所述低温恒温器设有一加热装置。

Description

用于在天体轨道中分离液体的罐

技术领域

本发明涉及一种用于由气体相分开液体相和用于存储由气体相分开的液体的罐，所述罐用于在宇宙空间中在失重条件下实验时的使用，具有一输入管路和一出口，其中，液体、气体或两者的混合物能通过所述输入管路导入到所述罐中，纯气体由所述出口排出。

背景技术

在一般表示为分离器罐的一这样的罐中所置入的液体在其中被储存用于宇宙空间实验的持续时间，其中，到该分离器罐中的驱动物质供应（Treibstoffzuhr）经由一前置的罐进行。驱动气体（Treibgas）、通常是如氦气（He）或氮气（N₂）那样的惰性气体用于输送在所述前置的罐中包含的液体，所述驱动气体在压力下被压到所述前置的罐中并且所述驱动气体以该方式将液体、气体或液体气体混合物通过一管路系统输送到所述分离器罐中。同时，相应的气体量被排出所述分离器罐，其中，所述气体通常由所述实验模块出来地被释放到作用在天体轨道中的真空中。但是如果在该过程中气体液体混合物由所述罐被释放到所述真空中，那么根据混合关系的不同，液体和气体的不同密度引起不恒定的推力剖面，因此，由液体和气体组成的混合物的排放是不希望的。

为了安全地分开气体相和液体相而在航天技术中至今应用下列方法：

-通过加热驱动物质而将由驱动物质罐排出的液体蒸发。该方法要求用于蒸发液体的相对高的能量耗费。

-施加一附加的加速，该加速引起所述驱动物质在压力卸载的时间点上不处在气体出口上。这要求借助于附加的驱动系统的经指向的加速，这在失重条件下的实验的情况下被排除，因为会影响所述实验的边缘条件。

此外由US4027494A公开了用于由气体相分开液体相的相分离器的使用，其中，在该已公开的装置中使用了用于具有小的加速度的运行状态的相分离器，并且所述分离在应用超导磁体的条件下进行。此外，US4848987A描述了一种相分离器，其中设置有泵和一系列阀。最后，在US7077885B2中所描述的一种相分离器的情况下应用了一螺旋桨，该螺旋桨将液体气体混合物旋转，并且在该螺旋桨的情况下，由聚乙烯和尼龙制成的膜将液体、在该情况下水分离。该最后提到的、已公开的系统设置用于与燃料电池一起使用并且不适用于分开低温液体。其它的、由US4435196A和US4617031A公开的装置被限制为在地球重力场中使用。

此外，在US4027494A中描述了一种系统，其中，纯的、清除了可能的气体混入的液体被输送，因此，一蜂窝状结构在该公开的系统的情况下直接布置在相应的出口上。由此来保证没有气体到达相应的出口管路中。

在US4435196A所描述的系统中设置有用于由液体驱动物质、例如肼中产生气体的、本身公知的催化床形式的多孔隙床结构。该文献中还描述了一液体/气体分离器，其中布置有钛网，该钛网应当用于通过毛细力和表面张力的作用来抑制气泡。

最后，由DE102007005539B3公开了一种开头提到的类型的系统，其中布置有作为驱动物质罐中的构件的分离器，其中，液体气体混合物可以在驱动物质罐的不同部位上达到设置用于储存的储存装置。

发明内容

本发明的任务是这样构造一种这类的罐：使得以简单的方式，在例如探空火箭中的宇宙空间实验期间出现的加速的情况下保证不仅用于低温的而且用于非低温的驱动物质和液体的安全的相分开；使得一次地在该罐中存储的液体既不能通过入口也不能通过出口又离开所述罐。

本发明通过如下方式来解决该任务：在所述罐中布置有由金属泡沫形式的海绵状材料制成的本体，这些本体的总孔隙容积选择得大于待接收的液体的体积。

通过构造根据本发明的所述罐来实现：所述液体毛细式地由金属泡沫形式的海绵状材料接收并且在该材料中为了实验的持续而稳定地被储存。

在根据本发明的罐的一优选的实施方式中所述金属泡沫是铝泡沫，所述金属泡沫的容积根据本发明大于总共地待接收的液体的体积。所述液体气体混合物由进入开口出发迷宫式地通过根据本发明的用作分离器罐的罐被引导并且在此将液体毛细式地排出到所述海绵状材料中。在由所述分离器罐出去的出口之前有一金属织物，所述金属织物阻止所述海绵状材料的可能地自己脱落的颗粒不希望地携动达到所述出口开口中。

液体以该方式被中间存储在用作储存装置的罐中，其中，可能地首先将处在该罐中的驱动气体排出并且由所述液体替换。所述罐在此依据本发明以如下方式实施：所述液体基于所述金属泡沫的毛细作用被储存在该金属泡沫中。金属泡沫也因此适用于低温液体的储存的根据本发明所设置的类型，因为它们具有非常低的结构质量，从而使得仅很少的结构质量必须由液体来冷却。进一步地，所述金属泡沫的高毛细压力积极地起作用，从而使得液体也可以在高的干扰加速的情况下安全地被保持在所述金属泡沫中。所述存储能力在所述由金属泡沫制成的本体完全以液体湿透时达到。由该原因，所述金属泡沫的容积依据本发明这样确定尺寸，使得最大液体量小于所述金属泡沫的孔隙容积。本发明特别良好地适用于在失重条件下的这样的宇宙空间实验，所述宇宙空间实验要求使用低温液体。

附图说明

下面应根据附图中所示的实施例来详细阐释本发明。其中:

图1在示意图中示出了用于宇宙空间实验的、具有一存储罐和一分离器罐的罐系统的典型结构；

图2示出了根据图1的分离器罐的截面；

图3示出了根据图2的分离器罐的细节的截面；

图4在立体图中示出了根据图2的分离器罐的其它细节；

图5示出了穿过根据图2的分离器罐的流动走向的视图；

图6示出了在根据图2的分离器罐中由气体分离液体的原理视图；以及

图7示出了具有一分离器罐和一用于低温液体应用的测试罐的系统的示意图。

在这些附图中，相同或彼此相应的构件设有相同的附图标记。

具体实施方式

在图1中示出的系统涉及一种用于宇宙空间实验的典型罐系统。在此，存储或测试罐3经由输送管路2与压缩气体罐1连接。借助压缩气体，所述测试罐3可以被排空，从而使得液体或气体由所述测试罐3中被排出。所述液体或气体经由管路4被导出到一分离器罐5中。该分离器罐5储存被导入的液体并且经由管路6并且进一步地经由脱气管路7将由所述分离器罐5溢出的气体排出。

所述分离器罐5的结构尤其由图2变得清楚。该分离器罐在该实施例情况下包括由金属泡沫制成的环形的板元件或本体8，其中，所述金属泡沫在该情况下是铝。这些本体8插入到所述分离器罐5中，其中，所述分离器罐5通过各一个上盖9和一个下盖10来限界并且由柱体形外壳11围住。分离器罐5的在这里示出的外形在此仅用作示例并且一般可以在航天飞行器中适配几何形状上的关系。

在图3中细节示出的、到所述分离器罐5中的流入区域包括输送管路12，所述输送管路通入到环绕的注入通道13中。所述注入通道13在柱体形外壳11的方向上通过一间隙14与分离器罐5的内部连通。

本体与本体交替地，在下盖10和上盖9的区域中，缺口15置入到所述由金属泡沫制成的本体8中，如这由图4是清楚的那样。根据图2的视图此外示出：在分离器罐5的中心布置有套筒16，所述套筒处在由金属泡沫制成的本体8中的孔隙开口17之前。在所述套筒16的内部中又有由金属织物制成的另一套筒18，所述另一套筒与分离器罐5的出口19连接。该由金属织物制成的套筒18具有筛滤筒或过滤器滤筒的功能，也就是说，后置的、在这些图中没有示出的器具或阀由于颗粒的可能的污染被通过所述套筒18避免。

随后应当详细阐释引起液体由液体气体混合物中分开的分离过程。为此，在图5中示出了穿过分离器罐5的流动走向20。液体与气体的分离通过液体21到由金属泡沫制成的海绵状本体8中的毛细渗入来进行，如这在图6中示出的那样。金属泡沫的以液体湿透的区域在此在图6中通过虚线示出的区域22来标示。随着增加的液体量，液体21总是进一步地渗入到由金属泡沫制成的海绵状本体8中。图6示例性地示出了在该渗入过程期间的这样的状态。线23在此标示了液体（虚线区域22）和气体（金属泡沫的剩余区域）之间的当前边界。所述液体气体混合物的流动方向通过箭头24来标示。

如果由金属泡沫制成的海绵状本体8的孔隙容积至少选择得像渗入的液体21的总量那样大，那么进行了液体在所述金属泡沫中的完全储存。为了保证液体气体混合物24的大致恒定的流动速度进而液体21到由金属泡沫制成的海绵状本体8中的均匀渗入，将各个金属泡沫本体之间的横截面20相应地进行适配。在各个金属泡沫本体之间的所述横截面20沿流动方向24总是变得更宽。相应地，在由金属泡沫制成的多个海绵状本体8中的缺口15也在朝向所述分离器罐5的中心的方向上总是变得更深，如这由图4和图5得到的那样。

前面所描述的分离器罐不仅适合于低温液体而且适合于非低温的液体。根据图7的视图最后示出了这样的系统，所述分离器罐5在该系统中被应用于低温液体。在此重要的是，所述分离器罐5的温度近似液体温度。因此，所述分离器罐5与测试容器3一起在该情况下布置在低温恒温器25的内部，在该低温恒温器中此外布置有加热器26。最后，在该图中示意性各示出一气体输送装置27以及一气体取出装置28。

所述分离器容器5在开始时以液体填充，液体的温度可以通过预先给定相应于饱和曲线所预先给定的压力来调整。所述液体接下来随着时间蒸发，从而使得所述分离器容器5在实际上的应用开始时具有低温的温度。如果液体完全蒸发，那么能应用分离器。为了加速所述蒸发过程而附加地设置有加热装置26，所述加热装置用于分离器容器5的准备。

Claims (10)

1.用于由气体相分开液体相和用于存储液体的罐，所述罐用于在宇宙空间中在失重条件下实验时的使用，具有一输入管路和一出口，其中，液体、气体或两者的混合物能通过所述输入管路导入到所述罐中，纯气体由所述出口排出，其中，在所述罐(5)中布置有由金属泡沫形式的海绵状材料制成的本体(8)，这些本体的总孔隙容积选择得大于待接收的液体(21)的体积，其中所述本体(8)构造为内置布置的、环形的板。

2.根据权利要求1所述的罐，其特征在于，所述金属泡沫由铝制成。

3.根据权利要求1或2所述的罐，其特征在于，所述罐通过各一个上盖(9)和一个下盖(10)来限界并且由一柱体形外壳(11)围住。

4.根据权利要求3所述的罐，其特征在于，一输送管路(12)通入到一环绕的注入通道(13)中，所述注入通道在柱体形外壳(11)的方向上通过一间隙(14)与所述罐(5)的内部连通。

5.根据权利要求1或2所述的罐，其特征在于，所述这些本体(8)交替地在相对置的端部上设有缺口(15)。

6.根据权利要求5所述的罐，其特征在于，通过所述缺口(15)所形成的流动横截面关于流动走向(20)而言是恒定的。

7.根据权利要求1或2所述的罐，其特征在于，在所述罐的中心布置有带一取出装置(19)的套筒(16)，所述取出装置处在海绵状本体(8)中的孔隙开口(17)之前。

8.根据权利要求7所述的罐，其特征在于，所述取出装置(19)通过一筛滤筒(18)与所述罐(5)的内部分开。

9.根据权利要求1或2所述的罐，其特征在于，所述罐为了接收低温液体而与一前置的存储罐(3)一起布置在一低温恒温器(25)中。

10.根据权利要求9所述的罐，其特征在于，在所述低温恒温器(25)中设置有一加热装置(26)。