[发明专利]一种适用于月球重力环境的气液分离装置及其分离方法

说明书

本发明公开了一种适用于月球重力环境的气液分离装置，包括：压缩机和一个以上相互串联的气液分离模块；其中，每个所述气液分离模块包括：离心分离管、排气管和回油管；所述离心分离管从上往下呈螺旋形排布，其采用套管形式，包括：套管外壁和套管内壁以及内外壁之间填充的多层毛细结构芯体；所述套管内壁上设有通孔；所述多层毛细结构芯体沿径向分为三层芯体，且每层芯体为多孔结构，其平均孔径从所述套管内壁到套管外壁沿径向逐层减小，进而形成阶梯孔结构；所述离心分离管的上端与压缩机的排气口连接，下端的内管通过所述排气管与冷凝器连接，下端的多层毛细结构芯体中的外层芯体与回油管的一端连通；回油管的另一端与压缩机的回油口连通。

技术领域

本发明涉及制冷及热泵系统技术领域，具体涉及一种适用于月球重力环境的气液分离装置及其分离方法。

背景技术

热泵作为经济、节能、高效的加热手段，在地面应用中已经大量使用，以热泵空调、热泵热水器、工业余热回收利用等方面使用最为广泛。关于热泵强化航天器散热的理论研究，其理论提出较早，然而受航天器发展的限制，进一步的发展十分缓慢。相比传统热管等被动热控技术，热泵具有换热效率高、系统体积小、质量轻的特点；相比两相流体技术，热泵可以大幅提高辐射散热温度，从而有效减少辐射器面积，并且控温范围更广，系统运行稳定可靠。因此，将热泵引入下一代航天器热控系统的研究中，将有广阔的应用前景。

作为热泵系统核心部件之一的压缩机，在地面的油气分离技术中相对成熟，而在月球重力环境下(月球上重力大小为1/6g，其中，g为地球上重力大小)可能会出现分离效率降低甚至无法实现分离的问题，带来的直接后果就是压缩机的效率下降、功耗增加，进而造成热泵系统能效比的降低，严重时甚至会影响到压缩机的密封、润滑、冷却，从而导致压缩机失效。

对于压缩机油气分离装置，地面成熟产品基本都是基于重力分离原理，通过设置足够高的分离装置来实现油气的分离，这样的分离装置不仅体积、重量较大，而且不适用月球重力环境；而传统的离心分离设备需要额外的能源输入，可靠性、安全性欠佳。

目前已有的一些压缩机油气分离装置的改进方案，如CN109139428A、CN108843577A、CN107630818A、CN107701393A、CN106567818A等。这些方案均是基于现有的地面油气分离装置进行的改进。然而，这些方案均未考虑在月球重力环境下分离效率显著降低的问题，不适用于月球重力环境。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种适用于月球重力环境的气液分离装置及其分离方法，能够在月球重力环境下运行，并实现较高的分离效率。

本发明的技术方案为：一种适用于月球重力环境的气液分离装置，包括：压缩机和一个以上相互串联的气液分离模块；其中，每个所述气液分离模块包括：离心分离管、排气管和回油管；

所述离心分离管从上往下呈螺旋形排布，其采用套管形式，包括：套管外壁和套管内壁以及内外壁之间填充的多层毛细结构芯体；所述套管内壁上设有通孔；所述多层毛细结构芯体沿径向分为三层芯体，且每层芯体为多孔结构，其平均孔径从所述套管内壁到套管外壁沿径向逐层减小，进而形成阶梯孔结构；

所述离心分离管的上端与压缩机的排气口连接，下端的内管通过所述排气管与冷凝器连接，下端的多层毛细结构芯体中的外层芯体与回油管的一端连通；回油管的另一端与压缩机的回油口连通。

优选地，每个所述气液分离模块还包括：重力分离管；所述重力分离管为“L”形管，且采用与离心分离管相同的套管形式，其设置在离心分离管和排气管之间；所述离心分离管和重力分离管对接处的多层毛细结构芯体的外层芯体与回油管的一端连通；其中，所述重力分离管的水平段与离心分离管连通，竖直段通过排气管与冷凝器相连；回油管与重力分离管的竖直段分别位于重力分离管的水平段的两侧，且重力分离管的竖直段位于回油管之上。

优选地，所述离心分离管、重力分离管、排气管和回油管的材质均采用不锈钢。