[發明專利]一種基于金屬網幕兩側壓力聯動的空間液體獲取裝置

有效

• 申請號: 201810524632.6
• 申請日: 2018-05-28
• 公開（公告）號: CN108854166B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 王磊;厲彥忠;馬原;嚴天;謝福壽
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B01D19/00
• 分類號: B01D19/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種基于金屬網幕兩側壓力聯動的空間液體獲取裝置，包括外部包裹有絕熱材料層的低溫燃料貯箱，低溫燃料貯箱的內部設有金屬網幕通道，金屬網幕通道構成壁面的一部分由金屬網幕組成；金屬網幕通道的底部出口管路伸出低溫燃料貯箱外，并連接有液體泄流閥，金屬網幕通道的頂部通過第一壓力引管、第一連接閥和裝有移動活塞的壓力平衡腔的有桿腔連通，移動活塞的有桿腔一側通過彈簧和彈簧調節螺栓連接，彈簧調節螺栓安裝在壓力平衡腔上；壓力平衡腔的無桿腔通過第二壓力引管、第二連接閥和低溫燃料貯箱的頂部連通；本發明通過在金屬網幕兩側建立壓力聯動變化機制，保證最大限度的利用金屬網幕兩側壓差驅動液相的空間獲取，增大液體獲取效率。

技術領域

本發明屬于液氫燃料貯箱在軌氣液分離技術領域，具體涉及一種基于金屬網幕兩側壓力聯動的空間液體獲取裝置。

背景技術

微重力下液氫的氣液分離與純液氫獲取技術是實現低溫航天未來發展的關鍵技術之一，利用表面張力實現氣液分離最具發展潛力，表面張力式分離方案主要包括板式貯箱與金屬網幕通道式液體獲取裝置(LAD)。

板式貯箱可用于常溫推進劑在微重力下的氣液分離，但用于低溫推進劑，尤其是表面張力極低的氫分離時，效果不佳。為此，NASA開發了基于金屬網幕通道的LAD，金屬網幕采用微米級別的不銹鋼絲按照“織布”的形式經緯相織布置，形成微米級別的微孔；在網幕兩側壓差的驅動下，液體將通過微孔進入LAD通道，而將氣體阻隔，從而實現全液體獲取。在金屬網幕LAD有效工作范圍內，隨著網幕兩側壓差的增大，液相汲取速率增加；但當兩側壓力達到某一臨界壓差時，金屬網幕隔絕氣液相流的能力被破壞，氣相也將穿過網幕，造成無法實現氣液相的有效分離，定義這一臨界壓差為“起泡壓力”。起泡壓力越高，網幕通道實現大流量液體獲取與寬范圍壓力適應的能力越強。

網幕通道的分離能力主要取決于網幕的微觀尺度與流體物性，在一個大氣壓下，氫表面張力僅是氮的22％、是氧與甲烷的15％，造成金屬網幕用于氫的氣液分離時對應的起泡壓力較低，分離效能不佳。已有研究表明，同樣結構的金屬網幕，實現氮、氧、甲烷分離時的起泡壓力約3000～5000Pa，而氫的起泡壓力僅有500～800Pa。

采用金屬網幕通道LAD開展微重力氣液分離時，必須建立網幕通道兩側的工作壓差。在實際操作中，低溫貯箱的壓力、通道內壓力均可能隨著過程的進行而波動。箱內壓力降低或通道內壓力升高，引起驅動壓差降低而減弱液體獲取效率，箱內壓力升高或通道內壓力降低，則可能超過起泡壓力，導致網幕通道LAD工作失效。為此，為了實現氣液分離的有效進行，往往會留有較大的冗余，即通過犧牲液體獲取效率來換取氣液分離的穩定性。

在金屬網幕兩側間建立壓力聯動機制以實現網幕通道LAD高效液相獲取目前國內外無公開報道。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供了一種基于金屬網幕兩側壓力聯動的空間液體獲取裝置，可實現網幕兩側壓力聯動變化，有利于增大液體獲取效率，并提高抗壓力波動的能力。

一種基于金屬網幕兩側壓力聯動的空間液體獲取裝置，包括外部包裹有絕熱材料層2的低溫燃料貯箱1，低溫燃料貯箱1的內部設有金屬網幕通道4，金屬網幕通道4構成壁面的一部分由金屬網幕5組成；金屬網幕通道4的底部出口管路伸出低溫燃料貯箱1外，并連接有液體泄流閥3，金屬網幕通道4的頂部通過第一壓力引管8、第一連接閥6和裝有移動活塞11的壓力平衡腔10的有桿腔連通，移動活塞11的有桿腔一側通過彈簧13和彈簧調節螺栓12連接，彈簧調節螺栓12安裝在壓力平衡腔10上；壓力平衡腔10的無桿腔通過第二壓力引管9、第二連接閥7和低溫燃料貯箱1的頂部連通。

所述的低溫燃料貯箱1壁面材料為不銹鋼、鋁合金或聚合物基復合材料。

所述的絕熱材料層2由聚氨酯發泡層、多層絕熱材料層MLI或二者組合構成，發泡層為噴涂聚氨酯硬質泡沫塑料，MLI由單面鍍鋁、鍍金或雙面鍍鋁、鍍金聚酯膜構成，或由單面或雙面金屬薄膜、非金屬間隔相間構成。