DE2506489A1

DE2506489A1 - Selbstentleerender behaelter

Info

Publication number: DE2506489A1
Application number: DE19752506489
Authority: DE
Inventors: Andre R Hilvert; Jean G Labbe
Original assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Current assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Priority date: 1974-02-21
Filing date: 1975-02-15
Publication date: 1975-08-28
Also published as: SU731886A3; FR2261944B1; DE2506489B2; FR2261944A1; DE2506489C3; US3984051A; GB1475461A

Description

0F7ICE NATIONAL D¹STUDSS ET DE RECSteSCHSS

(ab ζ elriir ζ t 0.N„Σ.R_oA.)

Selbstentleerender Behälter

Die Erfindung betrifft einen selbstentleerenden Behälter, der ein poröses Riickhalteuiaterial enthält, das mit der Innenfläche seiner "IüIIg in Verbindung stent.

Damit eine in einem Behälter befindliche Flüssigkeit einen Verbraucher speisen kann, ist es notwendig, daß die besagte Flüssigkeit einem Kraftfeld unterworfen wird, daß die Überleitung der Flüssigkeit in die Verbraucherzone sicherstellt,, Bei normalen Anwendungsfällen ist dieses Kraftfeld das Schwerkraftfeld.

Für Anwendungsfälle in Apparaten, wo der Einfluß der Schwerkraft aufgehoben ist, wie auf künstlichen Satelliten, ist

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bereits vorgeschlagen worden, die Flüssigkeit dein Einfluß von Drücken auszusetzen unter Zwischenschaltung einer Membrane. Bei einigen Flüssigkeiten jedoch, wie dem Caesium, wenn dieses als Mittel des ionischen Antriebes verwendet wird, ist die angreifende \virkung, die sie auf den Werkstoff der Membrane ausüben, ein Hindernis, das diese Lösung ausschließt.

Es wurde daher vorgeschlagen, die Wirkung von Kapillarkräften zu verwenden. In einer ersten Art der Ausführung spart man im Innern eines zylindrischen Behälterkörpers Abteile, in Form von nach der Achse zusammenlaufenden Sektoren aus, so daß die Querschnittsverringerung der Abteile, in dem Maße wie man sich der Achse nähert, eine Fortbewegung der Flüssigkeit von den äußeren Teilen nach der Mitte bewirkt,

Die Herstellung solcher Anordnungen ist schwierig, zumal die dünnen, relativ zahlreichen Metallblätter, die die Abteile begrenzen, mit einem Docht verbunden werden müssen, der auf der ganzen Länge der Achse des Behälters entlang läuft und von dem ein Ende aus dem Behälter hervorsteht, um die Versorgung eines Verbrauchers, wie z. B. eines Verdampfers eines Ionenantriebes sicherzustellen.

Die Kapillarwirkung ist relativ schwach. Es kann zu Flußun-

terbrechungen kommen, so daß relativ große Flüssigkeitsmengen unverbraucht bleiben,,

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Bei einer zweiten bekannten Ausführungsart wird der Behälter mit einem porösen Körper gefüllt, wobei die Abmessungen der Poren sich verringern, ausgehend von den am Umfang gelegenen Teilen nach der Mittelzone, in die ein langer Docht eingeführt ist, der von einem Ende zum anderen des Behälters reicht und von dem ein Endteil daraus hervorsteht. Das Gewicht eines Behälters, der dergestalt mit einem porösen Körper gefüllt ist, ist beträchtlich höher als dasjenige von Ausführungen der erstgenannten Art. Der poröse Körper ist gewöhnlicherweise ein Filz aus Metallfasern, meistens aus Nickel oder Kobalt. Die Gesamtberührungsfläche zwischen Flüssigkeit und den Fasern ist sehr groß, und es ergibt sich daraus eine bedeutende Gefahr der Verunreinigung der Flüssigkeit, insbesondere durch Sauerstoff, der trotz aller Vorsichtsmaßnahmen an der Oberfläche der Fasern vorhanden ist. Außerdem veriirsacht die Einführung des axialen langen Dochts in den porösen Körper Unterbrechungen in der Struktur und behindert damit die Fortbewegung der Flüssigkeit.

Der Behälter gemäß vorliegender Erfindung arbeitet besser als die bekannten Behälter und besitzt nicht deren Nachteile.

Gemäß dieser Erfindung wird das- poröse Material insbesondere der Filz aus Metallfasern anstatt eine einfache Füllung der Außenhaut des Behälters darzustellen, derart geformt, daß Abteile ausgespart werden, deren Querschnitte stetig nach

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- 4 dem Ausgang des Behälters abnehmen.

Gemäß einer anderen Charakteristik der Erfindung ist die Verringerung der mittleren Porengröße nicht nur vom Umfang nach der Mitte vorgesehen, sondern auch in der Richtung der Achse des Behälters, ausgerichtet ne„ch seiner Ausflußöffnung. Daher wird das Vorhandensein eines axialen vom einen Ende des Reservoirs bis zum anderen Ende reichenden Dochts überflüssig, und ein Docht in Berührung mit der Zone des Pilzes, in der die Poren die kleinsten Abmessungen haben, ist dann ausreichend.

Die Form der Unterteilung kann derjenigen gemäß der oben erwähnten ersten Art der Ausführung ähnlich sein, d.h. die Abteile haben die Form eines Sektors. Die Erfindung sieht dabei vor, daß die Unterteilung einen sternförmigen Aufbau hat, wobei jede Trennfläche von einem Mittelteil oder Kern ausgeht. Die Trennflächen aus Metallfilz, die die Wände der Abteile begrenzen, haben Poren oder Zwischenräume, deren Abmessungen sich, von der Außenfläche ausgehend, verkleinern. Die Poren des Kerns, die geringere Abmessungen besitzen als diejenigen der radialen Trennwände oder Flächen, haben ihrerseits wieder Abmessungen, die von dem der Ausflußöffnung gegenüberliegenden Ende des Behälters nach der Ausflußöffnung hin abnehmen.

Die Erfindung sieht einen Behälter vor, dessen Hülle einen

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Querschnitt hat, der sich nach dein Austritt sende, wenigstens in dessen Nachbarschaft, verringert. Die Hülle hat also vorteilhafterweise einen zylindrischen Teil, der sich in einem halbkugelförmigen Teil fortsetzt, in dessen Achsmitte die Austrittsöffnung angeordnet ist.

In einer Variante setzt sich der zylindrische Teil in einem Kegelstumpf forto

Ein Behälter gemäß der Erfindung kann insbesondere verwen-. det werden für ein Caesiumionen-Antriebsaggregat. Die sich entwickelnden Kapillarkräfte gestatten nicht nur die regelmäßige Flüssigkeitszufuhr zum Antrieb im Zustand der Schwerelosigkeit oder der Gegenschwerlcraft, sondern stellen auch die Versorgung in de=n Fall sicher, in dem der Behälter sich in einem Kraftfeld befindet, wie demjenigen, das entsteht durch die Drehung des Satelliten, der den Ionenantrieb trägt, oder im Felde der Schwerkraft, selbst wenn diese entgegengesetzt zu den Kapillarkräften wirkt, so dal vor fler Verwendung auf dem künstlichen Satelliten Versuche ara Boden durchgeführt werden können.

"Cn der folgenden äeispielsbesclireibung ist auf die Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigt:
Fig. 1 eine teilweise geöffnete perspektivische Ansicht

eines Behälters nach der Erfindung, Fig. 2 einen Querschnitt des Behälters der Fig. 1,

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Fig. 3 eine Seitenansicht mit teilweise weggelassenem Vorderteil der Hülle und
Fig. 4 ein Diagraimnschaubild.

Der in Fig. 1 dargestellte Behälter Ii besteht aus einer Hülle 12 von zylindrischer Form. Während der eine Boden 13 flach sein kann, weist das andere Ende 14 des Behälters 11, das als Austrittsende dient, funktionsbedingt einen sich stetig verringernden Querschnitt auf und ist z. B. halbkugelförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildet. Zur Vereinfachung der Fabrikation kann das erste Ende 13 ebenfalls eine Form haben, die der Form des austrittsseitigen Endes 14 ähnlich ist.

Im Innern der Hülle 12 ist ein Raumteiler 15 untergebracht. Der Raumteiler 13 besteht aus Rippen oder Wänden 16, deren Begrenzungsflächen 17 niit der Innenseite 18 der Hülle 12 in Berührung stehen und somit dem Profil der Hülle 12 angepaßt sind_o Die Rippen ±6 erstrecken sich radial und schließen zwischeneinander sektorförmige Abteile 19 ein, deren Querschnitte sich zur Achse 21 hin stetig verjüngen. Die Rippen sind durch einen zentralen axial verlaufenden Kern 22 miteinander verbunden.

Der Raumteiler 15, d.h_o die Rippen oder ¥ände 16 und der Kern 22 bestehen vorzugsweise aus einem Metallfilz, dessen Herstellung beispielsweise aus der FR-PS 2 058 732 bekannt ist.

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Die durchschnittliche Größe der Poren dieses Metallfilzes verringert sich in den Rippen 16 mit geringer werdendem radialem Abstand von der Achse 21. Außerdem verringert sich die durchschnittliche Größe der Poren des Metallfilzes auch mit dem zunehmenden axialen Abstand vom hinteren Boden 13, und zwar ebensowohl in den Rippen 16 als auch im Kern 22.

Die erwünschten Unterschiede der Porengröße ergeben sich aus der Verformung des porösen Metallfilzmaterials mittels mehr oder weniger großer Druckkräfte oder durch die "Wirkung der Zentrifugalkraft.

Für die Bearbeitung wird der Metallfilz mit einer aushärtbaren Materie gefüllt, wie z. B. Methylpolymethaerylat oder einem Wachs wie Ceresine. Die Bearbeitung verursacht keine Quetschungen und läßt im Gegenteil dem Pilz die für die ¥irkung der Kapillarkräfte günstigsten Oberflächenbedingungen.

Die Berührungsfläche zwischen dem porösen Metallfilzmaterial und der Flüssigkeit, mit der der Behälter gefüllt wird gewöhnlich handelt es sich dabei um Caesium - ist wesentlich geringer als bei einem Behälter, dessen Hülle mit einer fiberartigen Masse gefüllt ist. Die Verunreinigung der Flüssigkeit wird also auf ein Minimum beschränkt.

Der Behälter besitzt keinen von einem Ende zum anderen ge-

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henden Docht sondern ledxglich einen kurzen Enddocht 31, der zur Verbindung mit dem Behälter in einer Bohrung 32 im vorderen Ende des Kerns 22 befestigt ist. Der Docht 31 ist in die genannte Bohrung eingepreßt.

Bei der Anwendung in einem Ionenantrieb wird das Caesium, das in regelmäßigem Fluß am genannten Docht ankommt, verdampft und gelangt zum eigentlichen Ionenantrieb, der aus einer auf hohe Temperaturen geheizten Wolframfläche und Elektroden besteht, die die Beschleunigung der ionisierten Caesiumatome, die aus der Fläche austreten, sicherstellen. Die elektrische Neutralisierung der in Bewegung gebrachten Atome wird in bekannter Weise erzielt.

Das Dicigramm Fig. k zeigt die Gesetzmäßigkeit der Veränderung des mittleren Porendurchmessers in Abhängigkeit von der Länge des Behälters, das eine gute Versorgung des Dochtes sicherstellt. In diesem Diagramm sind auf der Abszisse die axialen Abstände vom hinteren Behälterboden 13 aufgetragen und auf der Ordinate die Porendurchmesser.

Die Kurve «al stellt den Verlauf der Durchmesseränderung der Poren eines Raumteilers 15, beginnend mit einem maximalen Durchmesser von 200 AX dar, der ein gutes Arbeiten selbst bei Kraftfeldern von 0,1 £ sicherstellt, wobei g_ die Schwerkraftbeschleunigung ist. Die Kurve hl ist charakteristisch für

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einen Raumteiler, der ein gutes Arbeiten selbst im Felde der Schwerkraft sicherstellt.

Die Kurven a2 und b2 sind ähnlieh den iiurven _ai micl ])1, beziehen sich jedoch auf Poremlnrcijuiesser, von denen der gröBte 100 'ju ist.

Die läirven a3 und ^b3 sind aimIiene L/urven, ieciocti für einen maxiiualen Foren.i<ircliiisesser von hO JH-,

In einer Art der Ausführung ist vorgesehen, die innere Fläche IS der Hülle mit- einer .Schicht von 7aserniaterial zu bedecken, die mit dem liaujnteiler 15 in Verbindimg es teilt. Da-(liirea ?>;ird die l-ienfce der "niclitaufsaugüaren" Flüssigkeit weiter verringert.

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Claims

Patentansprüche

Selbstentleerender Plüssigkeitsbehälter, der ein poröses Iliickiialtematerial enthält, das mit der Innenfläche seiner Hülle in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Rückhaltematerial (15) eine abgeteilte Struktur hat, wobei die Querschnitte der gebildeten Abteile (l9) und die Porengröße in der Entleerungsrichtung kleiner und kleiner werden.

2. Behälter mit einer im wesentlichen zylindrischen Form nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterteilung (15) sternförmig ausgebildet ist.

3. Behälter mit axialer Austrittsöffnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (12) eine zylindrische Form und ein Endteil (14) einen sich zum Austrittsende hin verjüngenden Querschnitt aufweist.

4. Behälter nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (12) am Austrittsende (14) halbkugelförmig ausgebildet ist.

5. Behälter gemäß der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Porengröße des Rückhaltematerials (15) vom Umfang zur Mitte und von dem dem Ausgang gegenüberliegenden Ende zum Ausgangsende hin sich zunehmend verringert.

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Behälter gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sternförmig angeordneten radialen Trennwände (l6) und der mittlere Kern (22) des Raumteilers (15) ein einstückiges Bauelement darstellen»

7. Behälter nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Filzes aus rohrförmigen metallischen Pasern als Werkstoff für den Raumteiler (15).

8. Behälter gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der filzartige poröse Werkstoff des Raumteilers (15) der zwischen Nickel und Kobalt liegenden Werkstoffgruppe angehört.

9. Behälter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der inneren Oberfläche der Hülle (12) mit einer Schicht eines porösen Materials, das mit dem porösen Material des Raumteilers (l5) verbunden ist, ausgekleidet ist.

10. Behälter nach den Ansprüchen 1 bis 9_} dadurch gekennzeichnet, daß er für einen Caesrumionenantrieb verwendet wird.

11. Behälter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Docht (31) besitzt, der in eine Bohrung (32) am Ende des Kerns (22) des Raumteilers (15) eingedrückt ist.

12. Verfahren zur Herstellung eines Raumteilers nach den Ansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man ausgehend von einem Metallfilz, wie man ihn gemäß Patent Nr. 2 058 732

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erhält, die Abmessungen der Zwischenräume und Poren reguliert, indem man das Material einem umso stärkeren Druck aussetzt, als man kleinere Poren wünscht.

13.Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß man die Abmessungen der Poren reguliert durch die Anwendung einer Verformung durch Schleudern.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Regulieren der Dimensionen der Poren das Fasermaterial mit einem aushärtbaren Stoff getränkt und anschließend bearbeitet wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der aushärtbare Stoff in der Gruppe gewählt wird, die aus Methylmethaerylat und Ceresine bestehen.

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