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Kennwort: Kapillartrennwand Kapillartrennwand Die vorliegende Erfindung
betrifft sinen Plüssigkeitsbe'hälter o. dergl. zur blasenfreien Zapfung einer in
diesem gespeicherten Plüssigkeit, bis diese vollkommen erschöpft ist, und ohne dap
zwischenzeitlich das nachströmende Verdrangungsgas mit austritt, und zwar sowohl
im Zustand der S.chwerelosigkeit als auch bei beliebiger Lage des Behälterausflusses
bezüglich eines Schwerefeldes.
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Vielen Geräten und technischen Apparaturen sind Plüssigkeitsbehälter
angeschlossen, aus denen entweder durch Druckbeaufschlagung mit einem Verdrängungsgas,
das entweder von außen zugeführt oder im Behälter zusammen mit der Flüssigkeit in
komprimierter Form gespeichert werden kann oder durch Pumpen eine Flüssigkeit entnommen
wird. Sehr oft mup dabei vermieden werden, daß das sich im Behälter befindende Gas
mit austritts
Als einige Beispiele seien Getränkebehälter, Kraftstoff-
und Ölbehälter von Fahrzeugen, Flugzeugen, Schiefen, sowie Raketentreibstoffbehälter
innerhalb oder außerhalb eines Schwerefeldes genannt, Das Problem der blasenfreien
Flüssigkeitszapfung aus einem Behälter wurde bisher durch folgende Methoden gelöst:
1. Anbringen das Ausflusses an der Unterseite des Behälters. Austritt der Flüssigkeit
aufgrund der auf sie einwirkenden Schwerkraft, wobei der Druckausgleich für die
ausfließende Flüssigkeit durch ein Belüftungsloch an der Oberseite des Behälters
vorgenommen wird, d.h., die Flüssigkeitsentnahme aus dem Behälter kann nur in einer
bestimmten Lage des Behälters vorgenommen werden.
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2.. Einbringen eines Steigrohres in den Behälter, Dadurch kann die
Flüssigkeit auch an der Oberseite des Behälters entnommen werden, jedoch ist auch
hier die Funktion der Flüssigkeitsentnahme lageabhängig.
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3. Einbringen mehrerer Steigrohre in verschiedenen Richtungen zueinander
mi.t mechanischen Schwimmerklappen, die bei Gaseintritt in das Steigrohr schließen.
Solche und ähnliche Behälter werden beispielsweise als Ölbehälter in kunstflugtauglichen
Flugzeugen verwendet, damit in allen Fluglagen ein einwandfreier Ölfluß gewährleistet
ist. Bei schäumendem Öl oder Kraftstoff sind auch derartige Einrichtungen störanfällig.
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4. Positive Austreibung durch dehnbare Membranen oder starre Kolben.
Diese Mrthode wird vor allem dort angewandt, wo die vorbeschriebenen Einrichtungen
zu wenig Sicherheit gegen Gasansaugung oder Gasaustritt bieten. Dies ist unter anderem
bei hydraulischen Druckspeichern und insbesondere bei Austreibanlagen für Raketentreibstoffe
bei Raumfahrzeugen der Fall0 Austreibmembranen für aggressive Raketentreibstoffe.
sind jedoch
besonders störanfällig und bilden heute noch bei Raumfahrzeugen
ein ungelöstes Entwicklungsproblem, da für viele Treibstoffe noch keine geeigneten
Elastomere verfügbar sind.
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Andererseits eignen sich nur diese letztgenannten Methoden unter Bedingungen
der Schwerelosigkeit.
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Aufgabe der Erfindung ist es, innerhalb des Flüssigkeitsbehälters
eine zuverlässige und völlig störungsfreie Trennung zwischen dem Verdrängungsgas
und den zu fördernden Treibstoffen zu schaffen, mit der Garantie, dap keine Gasblasen
mit der Flüssigkeit austreten können, solange der Flüssigkeitsvorrat noch nicht
erschöpft ist. Gleichzeitig werden die bei den unter den Punkten 1 bis 4 beschriebenen
Methoden auftretenden Nachteile vermieden.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dap innerhalb des
eigentlichen Flüssigkeitsbehälters ein zweiter Behälter mit allseitig geringem Abstand
zu diesem Außenbehalter angebrächt wird, dessen Wandung ganz oder teilweise aus
einer Xapillarwand besteht. Diese Kapillarwand kann z. B. durch ein feines Sieb
gebildet werden.
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Dieser so gebildete Siebbehälter list die Eigenschaft, daß durch seine
Wandung solange ausschließlich Flüssigkeit dringt, solange der Druck des in den
Siebbehälter zur Austreibung der Flüssigkeit einströmenden Gases kleiner als der
durch-die Siebmaschen entstehende Espillardruck ist. Damit wird abhängig von der
Oberflächenspannung der Flüssigkeit und des Kapillardurchinessere des Siebes das
Verdrängungsgas solange innerhalb des Siebbehälters eingeschlossen bleiben, solange
der Differenzdruck über der Siebwandung einen bestimmten ert nicht übersteigt. Erst
bei Auftreten eines kritischen Massenflusses pro Oberflächeneinheit der Siebwandung
oder wenn die Flüssigkeit erschöpft ist, ist dieses nicht mehr gewährleistet.
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Da diese Gas-Flüssigkeits-Trennungsmethode nur auf der physikalischen
Wirkung des Kapillardruckes' beruht und keinerlei bewegliche mechanische Teile erfordert,
ist sie absolut zuverlässig, betriebssicher und wartungsfrei. Als weiterer wichtiger
Vorteil ist die Einsatzfähigkeit bei den aggressivsten Flüssigkeiten und Gasen hervorzuheben,
sowie die einwandfreie Funktion im Zustand der Schwerelosigkeit, weshalb sich diese
Methode vor allem zur Anwendung in der Weltraumfahrt eignet, Darüber hinaus ist
ein derartiger Kapillarsiebbehälter wesentlich leichter als eine Austreibmembrane
und fungiert außerdem noch als Filter.
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An Hand der Abbildungen sollen nun die wesentlichsten Merkmale der
erfindung an zwei Ausführungsbeispielen beschrieben werden0 Fig. 1 zeigt eilen Längsschnitt
durch einen erfindungsgemäßen Fördertank; Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen
derartigen Tank gemäß Fig. 1; Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch ein weiteres
husführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fördertanks; Fig. 4 zeigt einen Querschnitt
durch ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung Fig. 5 zeigt eir;en Querschnitt
durch einen erfindungsgemäen Fördertank mit vergrö?erter Kapillaroberfläche und
Fig0 6 zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der
Erfindun, bei dem nur der zylindrische Teil der Wandung des Behälters doppelwandig,
in Form einer Kapillarinnenwand ausgebildet ist und die Flüssigkeit seitlich abgezapft
wird0
Der Pördertank besteht aus einem beliebig geformten, z. B.
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kugel-, ellipsoid-, quader- oder torusförmigen Behälter, in den Ausführungsbeispielen
zylindrischen Druckbehälter 1, mit konkaven oder konvexen Kugelböden, der durch
den Ausflup 2 an den Verbraucher und durch den Zulauf 3 an eine Druckgasversorgung
oder Belüftungsvorrichtung angeschlossen ist9 Innerhalb des Druckbehälters 1 ist
ein Innenbehälter 4 eingebracht, der in sich allseitig geschlossen ist und nur von
der Gaszuführungsleitung 3 durchdrungen wird0 Die Wandungen des Innenbehälters 4
bestehen ganz oder teilweise aus feinen Kapillaren wie zO B, einem rostfreien Stahldrahtgewebe,
Kunststoffgewebe oder einem porösen Sinterwerkstoff. Beim Ausführungsbeispiel gemäp
Fig0 3 besteht nur der Zylindermantel des Innenbehälters 4 aus einer Kapillarwand,
während die Stirnfläche der vereinfachten Herstellung wegen aus massivem Material
hergestellt ist, ohne dap die blasenfreie Flussigkeitsentnahme beeinträchtigt wird,
da sich die Flüssigkeit auch im Zustand der Schwerelosigkeit im Innern des Behälters
so verteilt, dap de Oberflächenenergie der Flüssigkeit ein Minimum erreicht, wodurch
auch bei Entnahme von Flüssigkeit im Zustand der Schwerelosigkeit gewährleistet
ist, dap die gesamte, im Behälter enthaltene Flüssigkeit blasenfrei entnommen werden
kann. Zwischen dem Innenbehälter 4 und dem Druckbehälter 1 können Distanzstücke
5 angebracht sein, die einen freien Zwischenraum 6 vor den Abfluß der Flüssigkeit
zwischen den Wandungen zaun Austlup hin bereitstellen; Die gleiche Wirkung wird
erreicht, wenn, wie in Fig, 4 und 5 der Aupenbehälter und/oder der Innenbehälter
mit einer Längsrillung 11 bzw, 12 versehen ist, wobei der Innenbehäl-ter gleichzeitig
noch eine Oberflächenvergrößerung der wirksamen Kapillarwandung erfährt, wodurch
die Förderleistung erhöht werden kann, ohne daP der kritische Massenfluß pro Oberflächeneinheit
der Siebwandung überschritten wird.
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Herrscht im Gasraum 7 ein höheror Druck als hinter dem Ventil 8, so
strömt beim Öffnen des Ventils die Flüssigkeit 9 unabhängig
von
ihrer jeweiligen Lage im Behälter durch die Siebinnenwand hindurch, den Zwischenspalt
6 entlang zum Ausflup 2 und über das Ventil 8 zum Verbraucher0 Das Verdrängungsgas
jedoch kann nicht durch die benetzte Siebinnenwandung hindurchdringen, da die Oberflächenspannung
die Flüssigkeit in den Siebmaschen festhält und somit eine absolute Gassperre bildet.
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Dabei ist es unerheblich, ob das Verdrängungsgas von aupen über die
Zuleitung 3 zugeführt wird oder bereits komprimiert in dem nur mit einem Ausfluß
versehenen Behalter enthalten ist0