DE3148426A1 - Fluessigkeits-gas-phasentrenner - Google Patents

Fluessigkeits-gas-phasentrenner

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Description

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Flüssigkeits-Gas-Phasentrenner
Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeits-Gas-Phasentrenner mit welchem aus einem mit einer kryogenen Flüssigkeit gefüllten Isolierbehälter Kaltgas für ein Kühlsystem über eine Leitung entnehmbar ist.
Zur Speicherung von flüssigem Wasserstoff, Helium, Stickstoff, etc= im schwerelosen Raum über eine längere Zeit ist es bekannt, die im wesentlichen aufgrund von Kapillarkräften im Isolierbehälter verteilte kryogene Flüssigkeit mittels eines auf Kapillarkräften beruhenden Sammelsystems in flüssiger Form abzuziehen und über ein Drosselventil sowie einen Wärmetauscher su verdampfen (Cryogenic Engineering Conference, 10.-14.8.81, San Diego). Derartige Phasentrenner,, die die relative geringe Oberflächenspannung von kryogenen Flüssigkeiten zur Unterscheidung von Flüssigkeit und Gas ausnutzen,, sind vergleichsweise aufwendig, wobei die eigentliche Phasentrennung lediglich in einem Bereich mit extrem geringen Abmessungen (wenige μπι) stattfindet.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Flüssigkeits-Gas-Phasentrenner au schaffen, mit welchem aus einem mit einer kryogenen Flüssigkeit gefüllten Isolierbehälter ausschließlich Kaltgas auch im schwerelosen Raum oder bei heftig bewegtem Isolierbehälter entnehmbar ist. Diese Aufgabe wird durch einen nach den Patentansprüchen ausgebildeten Phasentrenner gelöst.
Der erfindungsgemäße Phasentrenner liefert bereits am Schalldruckgenerator ausschließlich Gas bzw. Sattdampf, der dann nachfolgend nur noch durch konventionelle Drosselregelung weiterbehandelt werden kann.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einiger in den Figuren teilweise schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben.
: ii'V Ί /Il Ί 3U8426
Es zeigen
Fig. 1 einen Phasentrenner für ein im Weltall zur Anwendung kommendes Kühlsystem,
Fig. 2 einen Phasentrenner mit hohlkegelförmiger Schallerzeugungsflache,
Fig. 3 einen Phasentrenner gemäß Fig. 2 mit Gasfluß durch den Schalldruckgenerator,
Fig. 4 einen Phasentrenner mit kegelförmiger Schallerzeugungsfläche und Gasfluß durch den Schalldruckgenerator.
Der in Fig. 1 dargestellte Phasentrenner dient beispielsweise innerhalb eines kryogenen Kühlsystems mit flüssigem Wasserstoff für die Anwendung im Weltraum dazu, daß am Austritt des Phasentrenners 1 nur noch reines Gas anfällt, das über ein nachgeschaltetes Abgasrohrsystem 2 zur Kühlung von beispielsweise Strahlungsschilden, Infrarotsystemen u. dgl. verwendet wird, bevor es in den Weltraum abströmt. Da die eigentliche Phasentrennung bereits am Ausgang des Phasentrenners 1 abgeschlossen ist und an dem nachgeschalteten Drossel-Regelventil 3 nur noch Gas ankommt, findet die zur Selbstkühlung der kryogenen Flüssigkeit über den Wärmetauscher 4 erforderliche Temperatursenkung nur noch in der Gasphase statt. Durch diese Temperatursenkung und den Wärmetausch des abströmenden Gases mit der flüssigen Phase innerhalb des Isolierbehälters 5 wird erreicht, daß die auch bei guter Isolierung verbleibende restliche Wärmebelastung durch Strahlung u. dgl. nicht zur Erwärmung der kryogenen Flüssigkeit im Tank führt.
* 4
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* » β α φ — 5 —
Der innerhalb des Isolierbehälters angeordnete Phasentrenner besteht aus einem Gehäuse 1.1, in dessen Mitte ein Schalldruckgenerator 1.2, vorzugsweise ein Ultraschallgeber, z.B. auf der Basis eines Schwingquarzes, so angeordnet ist, daß die über ein Rohrstück 1.3 zuströmende Flüssigkeit, z.B. flüssiger Wasserstoff LH2 in Richtung auf die schallerzeugende Fläche 1.21 strömt. Die Frequenz des Schalldruckgeneräors und die Abmessungen des Rohres 1.3 sind so bemessen, daß innerhalb des Rohres eine stehende Welle erzeugt wird, die einen Schalldruck besitzt, der groß genug ist, um ein vollständiges Eindringen des Wasserstoffs im flüssigen Zustand in das Rohr 1.3 zu verhindern ο Der Strömungsdruckverlust innerhalb des Rohres und im Gehäuse sowie in der Leitung 6 bis zum Drossel-Regelventil 3 wird so bemessen, daß er stets erheblich kleiner 1st als der Druckabfall in dem Ventil 3 selbst.
Der in Fig. 2 dargestellte Phasentrenner ist ähnlich dem in Fig. 1 gezeigten aufgebaut, weist jedoch eine hohlkegelförmige Schallerzeugungsfläche 1.22 auf. Der Vorteil einer derartigen Schallerzeugungsfläche besteht darin, daß eine Schallkonzentration (Fokussierung) erzeugt wird und daß die Schall emittierende Fläche bei gleicher Stirnfläche größer ist.
Die in den Figuren 3 und 4 dargestellten Phasentrenner unterscheiden sich von den vorherigen dadurch, daß bei diesen das Resonatorrohr entfallen kann. Das entweder von einer hohlkegelförmigen Schallerzeugungsfläche 1.22 (Fig. 3) bzw. kegelförmigen Schallerzeugungsfläche 1.23 (Fig. 4) erzeugte Schallfeld 7 wird direkt in die kryogene Flüssigkeit, z.B. flüssiger Wasserstoff LH2 abgestrahlt» Die Flüssigkeit selbst wird dadurch an einem Vordringen in den Bereich vor der Schallerzeugungsflache gehindert. Durch eine jeweils in der Kegelachse angeordnete Bohrung 1.4 innerhalb des Schalldruckgenerators strömt daher ausschließlich gasförmiger Wasserstoff (GH2) ab. Der Ausgang des Kanals 1.4 ist dazu von einem Gehäuse 1.1 um-
Γ*=:":. 1 ■">:>: 1 3H8426
geben und somit gegenüber der Umgebung abgeschlossen. Der gasförmige Wasserstoff wird dann über eine Leitung 6, ähnlich wie in Fig. 1, einem nicht mehr dargestellten Drossel-Regelvetifcil zugeführt.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    Flüssigkeits-Gas-Phasentrenner, mit welchem aus einem mit einer kryogenen Flüssigkeit gefüllten Isolierbehälter Kaltgas für ein Kühlsystem über eine Leitung entnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß der Phasentrenner (1) einen Schalldruckgenerator (1.2), insbesondere einen ültraschallgeber, aufweist, dessen schwingende Fläche bzw. Flächen (1.21, 1.22, 1.23) gegen die zuströmende Flüssigkeit (LH2) gerichtet ist bzw. sind,
    Phasentrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Schalldruckgenerator (1.2) in einem Gehäuse (1.1) angeordnet ist, von dessen Stirnseite her die kryogene Flüssigkeit über eine mittig angeordnete Zuleitung (1.3) auf die schwingende(n) Fläche(n) (1.21, 1.22, 1.23) zuströmt, darin vollständig verdampft und an dessen Rückseite als Kaltgas abgeführt wird.
    /2
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    3. Phasentrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
    gekennzeichnet , daß der Schalldruckgenerator (1.2) in der schwingenden Fläche (1.22, 1.23) eine zentrale öffnung (1.4) aufweist, durch welche die
    vor der Fläche verdampfende Flüssigkeit abgeführt wird.
    4. Phasentrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die schwingende(n)
    Fläche(n) (1.21, 1.22, 1.23 ) des Schalldruckgenerators
    (1.2) eben, kegel- oder hohlkegelförmig ist bzw. sind.
    5. Phasentrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß dem Schalldruckgenerator (1.2) ein Regelventil (3) sowie ein mit dem Inneren des Isolierbehälters (5) in thermischem Kontakt stehender Wärmetauscher (5) nachgeschaltet ist.
    6. Phasentrenner nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η - ' zeichnet , daß der Schalldruckgenerator (1.2)
    und/oder das Regelventil (3) und/oder der Wärmetauscher (4) innerhalb des Isolierbehälters (5) angeordnet sind.
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