一种适用于微重力下的气液分离器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种气液分离装置，特别涉及一种适用于航天微重力情况下的气液分离器。
【背景技术】
[0002]在地面环境重力场的作用下，为了使重力势能(能量)最小，密度(质量)小的在上、大的在下将处于稳态。在地面环境的气液混合体中，密度小的气体会自发上升，而密度大的液体会自发下降，并形成明确的界面，自然实现气液分离。因此地面应用的气液分离技术都利用了这个自然现象，即气体出口在上，液体出口在下，并且气液分离装置较简单。
[0003]地面环境与空间环境最大的差异之一是重力场的强弱，地面环境中重力场强度为g，而在空间环境中重力场很小，几乎为零，称为微重力环境。在空间微重力环境下，气泡失去浮力而处于悬浮态，气液将不再自动分离，气液彻底分离将是一大难题。不管是从液态中分离气体，或是从气体中分离出水，都不像在地面重力环境下那样简单。因此，空间气液分离技术必不可少。载人航天器的多个分系统中都使用了气液分离技术，控制液体中的气体浓度或空气中的湿度，使密封舱内空气温湿度控制在适当的范围内，以适宜人居住，为航天员工作的高效提供保障，并且保证舱内仪表设备正常运行的大气环境，达到载人航天器正常运行的目的。
[0004]在绝大多数载人飞行任务中，不同物质间气液两态的分离是一项基本需求。例如在主动热控回路中，工质中的气泡达到一定浓度，会对循环栗、热交换器等设备造成损坏，同时，气泡还会影响传感器的工作，导致回路仪表读数失准。
[0005]空间环境没有重力场这样的优越条件，要实现气液分离必须利用其他途经创造条件。从早期载人飞船采用被动式气液分离技术以来，气液分离技术已广泛应用在载人航天器上，并已发展为多种技术的综合应用。目前空间气液分离技术主要可分为两大类。1)静态分离技术:气液分离设备中不存在运动部件，利用管路的几何形状、材料的亲水/憎水特性等，实现气液分离。2)动态分离技术:气液分离设备中存在运动部件，利用运动产生对流体的力场作用，如离心力等，而实现气液分离。进一步静态气液分离技术又可分为以下3种:基于毛细作用的气液分离技术，主要利用亲水/憎水材料的特性和表面张力产生的毛细管效应；旋流气液分离技术，主要利用气液混合流在设计好的涡旋管路中流动产生的离心作用；惯性气液分离技术，主要利用气体与液体的惯性差异很大，液体不易改变运动方向而被亲水膜收集。动态气液分离技术主要是离心气液分离技术，利用电机带动流体旋转产生的离心力场实现气液的分离。
[0006]但是，静态、动态分离技术都存在各自的优缺点。静态分离法具有耗能少，无运动部件，易维护等优点；但是其单位时间内的分离量少，分离速度慢，且亲水材料等易污染，工作时击穿压力受到参数的选择限制。动态分离法分离量大，分离速度快，耐污染性强，对其的控制可以通过电路等实现；但是离心力场的产生主要是利用由电机带动的转子的转动来实现，所以分离器中存在运动部件，工作时需要配合驱动部件，需要消耗额外功率，这对于远在太空的航天器而言，是应尽量避免的，并且还需要实现转子与分离器筒体之间的动态密封，存在一定的技术难度。
[0007]经调查，已有文献均存在各自的缺点。专利文献CN104043293A提出了一种螺旋式的气液分离器，该分离器利用离心力，使气体、液体出现分界面，当液体处于通道的外围时通过预先设计的小孔，实现气液分离，该分离器仅仅利用了离心力，而并没有利用气液的惯性差异设置挡板，亦没有利用空间分离的重要技术一毛细作用力，且该分离器分离效果差，存在耗能部件，并不适用于微重力环境。专利文献CN104667584A提出了一种基于多孔材料的微重力下螺旋式气液分离器，该分离器利用预先设计的折流板构成螺旋管道，利用离心力使混合流体产生分离，再利用亲液相、憎液相多孔材料的特性，实现气液分离，该分离器虽然利用了离心力与毛细作用力，但分离量亦不大，且多孔材料(亲水/憎水膜材料)容易被污染物堵塞，液体中的微生物生长到一定浓度时，对材料上的微孔亦有堵塞作用，都将使压降增大，影响分离性能，且维修较昂贵；另外混合流体中的液体和多孔亲水材料不能很好地接触，接触面积也不大，亦会影响效果，且该装置没有安全泄压装置，当分离器内部堵塞严重时，器内压力持续增大，将会对航天器产生较大危害。
【发明内容】
[0008]针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是:如何提供一种结构简单，分离性能高效，分离量大，可靠性高，重量轻，噪音小，振动低的适用于微重力下的气液分离器。
[0009]为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案:
一种适用于微重力下的气液分离器，包括壳体，壳体内形成有集水室和集气室，集水室外接有排水管，集气室外接有排气管，且壳体内设置有一个填充满亲水多孔材料构成的亲水多孔材料区域，其特征在于，壳体内的亲水多孔材料区域内部形成一个呈蜗杆状的内腔，内腔中间的圆柱体部分空间构成憎水多孔材料区域，且憎水多孔材料区域中填充设置有憎水多孔材料，使得内腔位于周边的部分空间构成一个螺旋形的混合流体通道，混合流体通道的一端通过管道连接到壳体外形成混合流体入口，所述混合流体通道内壁中在亲水多孔材料区域所在的左右两侧坡面上依次左右错位地凸起形成有间隔排布的多块亲水多孔材料挡板，所述憎水多孔材料区域背离混合流体入口方向的一端和集气室相接，所述亲水多孔材料区域和混合流体入口方向相同的一端和集水室相接。
[0010]本气液分离器使用时，气液混合流体从混合流体入口进入到混合流体通道内并沿螺旋方向前进，在离心力作用下产生气液分离，同时在毛细作用力效果下靠内的气体部分进入到憎水多孔材料中并汇聚到集气室，靠外的液体部分进入到亲水多孔材料中并汇集到集水室，同时液体在混合流体通道内流动时在惯性力的作用下会不停撞击到亲水多孔材料挡板上，液体和亲水多孔材料能更好的接触，进而极大地提高亲水多孔材料对液体的毛细吸收效果，亦极大地提高了分离效果和分离效率。
[0011]作为优化，所述亲水多孔材料区域内部的内腔呈阿基米德蜗杆状。使得混合流体通道在沿壳体轴心线所在的截面上形成外小内大的梯形，梯形靠内一侧的下底边和憎水多孔材料区域接触，另外的左右两侧边和上底边和亲水多孔材料区域接触，方便左右两侧边上错位设置亲水多孔材料挡板，能够更好地保证液体被亲水多孔材料吸收，同时混合流体通道中靠内一侧的气体部分也能够更好地进入到憎水多孔材料内，更好地提高了分离效果Ο
[0012]作为优化，混合流体通道内壁中的亲水多孔材料挡板凸起的高度为凸起方向上混合流体通道内腔尺寸的四分之三左右，亲水多孔材料沿混合流体通道前进方向的厚度为lcm左右，一个螺距内均匀形成有4块挡板。
[0013]