一種空間站飲用水長期貯存水箱的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種空間站飲用水長期貯存水箱，包括蝶形螺母(1)、緊鎖螺桿(2)、銷釘(3)、氣口接頭(4)、螺栓(5)、把手(6)、內(nèi)端蓋(7)、內(nèi)端蓋與外端蓋密封O型圈(8)、外端蓋(9)、外端蓋與殼體密封O型圈(10)、殼體(11)、內(nèi)囊(12)、氣口接頭密封O型圈(13)、鋼絲螺套(14)、第一液路斷接器(15)、第二液路斷接器(19)和液路斷接器密封O型圈(16)；殼體和外端蓋的材料為金屬；所述內(nèi)囊(12)采用九層復(fù)合膜材料制作。該水箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以承受較高的操作壓力，具有可拆卸功能，與水的相容性好，具有極強(qiáng)的阻氣性能，氣密性高，可以重復(fù)多次使用，使用壽命長，具有兩種內(nèi)部介質(zhì)擠出方式。
【專利說明】一種空間站飲用水長期貯存水箱

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種空間站飲用水長期貯存水箱。

【背景技術(shù)】
[0002]空間站通用水箱是空間站環(huán)境控制和生命保持分系統(tǒng)(ECLSS)通用貯水容器，水箱內(nèi)貯存或接觸的介質(zhì)包括添加銀離子的航天員飲用水、冷凝水、尿處理裝置凈化后的超純水等。因此，除了滿足一般水箱容器的漏率指標(biāo)、排放效率指標(biāo)外，對(duì)空間站通用水箱的特定功能要求外，還需滿足與上述多種介質(zhì)的相容性試驗(yàn)要求，高可靠性要求和在軌使用等其它要求。
[0003]國際空間站上使用的水箱主要以CWC水箱為主，該水箱采用纖維布作為外囊保護(hù)套，外囊保護(hù)套的縫線均勻性難以保證并且外囊加工尺寸由于纖維布材料可以伸縮，外囊加工尺寸誤差偏大；另外纖維布外囊作為主要承壓部件，纖維布的經(jīng)向和緯向受力狀態(tài)不同，導(dǎo)致水箱難以承受較高的壓力。當(dāng)空間站內(nèi)部出現(xiàn)極端情況時(shí)，例如處于真空狀態(tài)時(shí)，水箱需要最少承受10kPa的壓力，再加上水箱內(nèi)本身帶壓，水箱內(nèi)外壓差太大，水箱安全難以保證。另外CWC水箱進(jìn)水口和出水口為同一個(gè)，當(dāng)水箱在加注過程中一旦內(nèi)部存在氣體，氣體將難以排出，危害水箱安全。CWC水箱內(nèi)囊和外囊件沒有固定裝置，內(nèi)囊在注水過程中易發(fā)生錯(cuò)位現(xiàn)象導(dǎo)致水箱注水接口發(fā)生錯(cuò)位。
[0004]現(xiàn)有的空間站水箱難以承受較高的操作壓力，在空間站極端情況(真空)下難以保證可靠性?？臻g站水箱多采用金屬部件與水直接接觸，金屬部件會(huì)與飲用水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致水質(zhì)改變，難以保證長期相容。另外CWC水箱的排液方式比較單一，只能采用泵抽的方式排出液體。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種空間站飲用水長期貯存水箱，該水箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以承受較高的操作壓力，具有可拆卸功能，與水的相容性好，具有極強(qiáng)的阻氣性能，氣密性高，可以重復(fù)多次使用，使用壽命長，具有兩種內(nèi)部介質(zhì)擠出方式。
[0006]本發(fā)明包括如下技術(shù)方案:
[0007]—種空間站飲用水長期貯存水箱，包括蝶形螺母、緊鎖螺桿、銷釘、氣口接頭、螺栓、把手、內(nèi)端蓋、內(nèi)端蓋與外端蓋密封O型圈、外端蓋、外端蓋與殼體密封O型圈、殼體、內(nèi)囊、氣口接頭密封O型圈、鋼絲螺套、第一液路斷接器、第二液路斷接器和液路斷接器密封O型圈；殼體為錐形，殼體和外端蓋的材料為金屬；內(nèi)端蓋的材料為非金屬；所述內(nèi)囊采用九層復(fù)合膜材料制作；
[0008]內(nèi)囊為上表面具有開口的軟體，內(nèi)囊位于殼體內(nèi)，內(nèi)囊的上表面與內(nèi)端蓋的下表面通過熱合工藝熱合焊接在一起；內(nèi)端蓋與外端蓋密封O型圈嵌入內(nèi)端蓋的上表面，鋼絲螺套嵌入內(nèi)端蓋中，內(nèi)端蓋與外端蓋密封O型圈位于鋼絲螺套外側(cè)，將螺栓穿過外端蓋后與內(nèi)端蓋中的鋼絲螺套配合，從而使內(nèi)端蓋與外端蓋固定在一起；外端蓋與殼體密封O型圈嵌入殼體內(nèi)，外端蓋與殼體采用蝶形螺母、緊鎖螺桿以及銷釘固定在一起，并通過外端蓋與殼體密封O型圈實(shí)現(xiàn)水箱密封；氣口接頭固定在外端蓋上，并采用氣口接頭密封O型圈實(shí)現(xiàn)密封；第一液路斷接器、第二液路斷接器穿過外端蓋后固定在內(nèi)端蓋上，第二液路斷接器作為注水口位于內(nèi)囊的所述開口上方，第一液路斷接器作為出水口位于內(nèi)囊的所述開口上方；兩個(gè)液路斷接器與內(nèi)端蓋之間通過液路斷接器密封O型圈實(shí)現(xiàn)密封；把手安裝在外端蓋上；內(nèi)囊外表面、內(nèi)端蓋側(cè)面與殼體內(nèi)表面相鄰部分具有第一間隙，內(nèi)端蓋最外側(cè)的上表面與外端蓋下表面之間具有與第一間隙連通的第二間隙；氣口接頭能夠?qū)崿F(xiàn)上述第一間隙與水箱外部聯(lián)通。
[0009]內(nèi)端蓋采用聚乙烯材料制作。
[0010]熱合焊接的焊縫在內(nèi)端蓋徑向的寬度不小于5mm，采用兩道熱合焊縫。
[0011]所述的內(nèi)囊與內(nèi)端蓋的熱合處為圓環(huán)形，熱合處的外徑小于內(nèi)端蓋下表面的最大外徑。
[0012]所述的內(nèi)囊長度小于殼體的高度。
[0013]內(nèi)端蓋朝向內(nèi)囊的表面形成凹槽。
[0014]把手的高度高于液路斷接器的頂端。
[0015]所述的殼體的錐度為1:10.4。
[0016]水箱外端蓋以及殼體的外側(cè)均設(shè)置有用于與其它水箱部件組裝的安裝孔。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0018](I)本發(fā)明的空間水箱突破了飲用水難以長期貯存的限制，采用九層復(fù)合膜基于物理隔離方式將與水能發(fā)生反應(yīng)的材料相隔離，其與水的相容性好，具有極強(qiáng)的阻氣性能，氣密性高另。另外，空間硬殼水箱采用九層復(fù)合膜結(jié)構(gòu)來盛裝航天員飲用水，不僅可以保證水箱內(nèi)部水質(zhì)長期不變，而且內(nèi)囊材料硬度小，抽真空后可壓縮到一起便于減小貯存空間。
[0019](2)本發(fā)明的水箱包括蝶形螺母、緊鎖螺桿、銷釘、氣口接頭、螺栓、把手、內(nèi)端蓋、內(nèi)端蓋與外端蓋密封O型圈、外端蓋、外端蓋與殼體密封O型圈、殼體、內(nèi)囊、氣口接頭密封O型圈、鋼絲螺套、第一液路斷接器、第二液路斷接器和液路斷接器密封O型圈；殼體為錐形，殼體和外端蓋的材料為金屬；內(nèi)端蓋的材料為非金屬；從而使得水箱整體上可以承受較高的操作壓力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以輕易將水箱接入生保系統(tǒng)管路中，該水箱具有可拆卸功能，實(shí)現(xiàn)水箱部件的分體存儲(chǔ)，水箱部件工學(xué)設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)快速組裝。另外該水箱使用九層復(fù)合膜與介質(zhì)長期相容性特點(diǎn)以及九層復(fù)合膜抗變形能力強(qiáng)，水箱可以重復(fù)多次使用，使用壽命長。
[0020](3)通過氣口接頭、第一液路斷接器、第二液路斷接器、外端蓋、內(nèi)端蓋、殼體與九層復(fù)合膜內(nèi)囊之間的配合使水箱具有多種介質(zhì)擠出方式；一種方式采用泵進(jìn)行輸送；另外一種方式可以采用充氣方法利用氣壓將內(nèi)囊中的液體擠出。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明空間飲用水箱結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為內(nèi)囊外與殼體之間間隙與氣口接頭聯(lián)通示意圖
[0023]圖3為內(nèi)囊與內(nèi)端蓋熱合處結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4為I個(gè)水箱與多個(gè)殼體疊放示意圖；
[0025]圖5為4個(gè)水箱除殼體外部件疊放示意圖；
[0026]圖6為圖5的局部放大圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027]下面就結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步介紹。
[0028]如圖1所示，本發(fā)明的一種空間站飲用水長期貯存水箱，包括蝶形螺母1、緊鎖螺桿2、銷釘3、氣口接頭4、螺栓5、把手6、內(nèi)端蓋7、內(nèi)端蓋與外端蓋密封O型圈8、外端蓋9、外端蓋與殼體密封O型圈10、殼體11、內(nèi)囊12、氣口接頭密封O型圈13、鋼絲螺套14、第一液路斷接器15、第二液路斷接器19和液路斷接器密封O型圈16 ;殼體11為錐形，其材料為金屬；內(nèi)端蓋7的材料為非金屬；
[0029]內(nèi)囊12為上表面具有開口的非金屬軟體，內(nèi)囊12位于殼體11內(nèi)，內(nèi)囊12的下表面通過熱合工藝與內(nèi)端蓋7熱合焊接在一起，保證水箱內(nèi)部不存在泄露；內(nèi)端蓋與外端蓋密封O型圈8嵌入內(nèi)端蓋7的上表面，鋼絲螺套14嵌入內(nèi)端蓋7中，內(nèi)端蓋與外端蓋密封O型圈8位于鋼絲螺套14外側(cè)，將螺栓5穿過外端蓋9后與內(nèi)端蓋7中的鋼絲螺套14配合，從而使內(nèi)端蓋7與外端蓋9固定在一起；外端蓋與殼體密封O型圈10嵌入殼體11內(nèi)，外端蓋9與殼體11采用蝶形螺母1、緊鎖螺桿2以及銷釘3固定在一起，并通過外端蓋與殼體密封O型圈10實(shí)現(xiàn)水箱密封；蝶形螺母I的設(shè)置便于航天員在空間站中徒手操作，更換水箱除殼體11外的其他部件。氣口接頭4通過螺釘固定在外端蓋9上，并采用氣口接頭密封O型圈13實(shí)現(xiàn)密封；第一液路斷接器15、第二液路斷接器19穿過外端蓋9，并通過螺釘固定在內(nèi)端蓋7上，第二液路斷接器19作為注水口朝向內(nèi)囊12的所述開口上方，第一液路斷接器15作為出水口位于內(nèi)囊12的所述開口上方；可以實(shí)現(xiàn)水箱與管路的快速連接；兩個(gè)液路斷接器與內(nèi)端蓋之間通過液路斷接器密封O型圈16實(shí)現(xiàn)密封；把手6通過螺釘安裝在外端蓋9上，方便航天員在空間站內(nèi)對(duì)水箱進(jìn)行搬運(yùn)工作；內(nèi)囊12外表面、內(nèi)端蓋7側(cè)面與殼體11內(nèi)表面相鄰部分具有第一間隙，內(nèi)端蓋7最外側(cè)的上表面與外端蓋9下表面之間具有與第一間隙連通的第二間隙；氣口接頭4能夠?qū)崿F(xiàn)上述第一間隙與水箱外部聯(lián)通，保證在加注以及采用泵的方式擠出過程中與環(huán)境連通，避免造成水箱破壞。
[0030]內(nèi)端蓋7與外端蓋9例如可以采用6個(gè)螺栓5進(jìn)行聯(lián)接。
[0031]內(nèi)囊12可以采用九層復(fù)合膜材料制作，氣密性、與水的相容性好，可以滿足長期貯存水的需要，但是其強(qiáng)度不夠，內(nèi)部操作壓力不宜過大，因此設(shè)置金屬外殼作為主要的承壓部件。內(nèi)端蓋7采用聚乙烯材料制作，可以保證熱合焊接的可靠性，熱合焊縫在內(nèi)端蓋徑向的寬度不小于5mm，采用兩道熱合焊縫。熱合處需熱合均勻，不存在褶皺、氣泡、多余物等。內(nèi)囊12與內(nèi)端蓋7的熱合處24為圓環(huán)形，熱合處外徑小于內(nèi)端蓋7的最大外徑，保證水箱內(nèi)部裝滿水內(nèi)囊12膨脹過程中，熱合焊縫所受作用力為壓力，不存在剪切應(yīng)力；另外可以保證熱合時(shí)不會(huì)造成內(nèi)端蓋7外緣變形；例如圓環(huán)內(nèi)徑為240mm,外徑為280mm。
[0032]內(nèi)囊12長度小于殼體11的高度避免內(nèi)囊12在注水過程中產(chǎn)生褶皺，對(duì)內(nèi)囊12產(chǎn)生破壞。例如可以比殼體高度小10mm。
[0033]水箱內(nèi)不裝水時(shí)將水箱內(nèi)部抽負(fù)壓，抽負(fù)壓是通過液路斷接器15進(jìn)行操作，負(fù)壓會(huì)使內(nèi)囊12發(fā)生變形,慢慢收縮并貼合到內(nèi)端蓋7上，使內(nèi)囊可以順利貼合。內(nèi)端蓋7強(qiáng)度高，在抽真空是不會(huì)發(fā)生變形。內(nèi)端蓋朝向內(nèi)囊的圓形表面上形成凹槽17 ;使水箱內(nèi)囊在抽真空操作時(shí)慢慢收縮入端蓋凹槽處，節(jié)省多個(gè)水箱端蓋的存放空間。
[0034]水箱在充水時(shí)，將管路連接液路斷接器19，慢慢往水箱內(nèi)部注水，水箱內(nèi)囊12隨著儲(chǔ)水量的增多逐漸膨脹并且貼合在殼體11上，此時(shí)殼體作為承壓部件，內(nèi)囊并不承受壓力載荷，因此水箱的強(qiáng)度主要由殼體決定。水箱內(nèi)部采用壓差法注水，當(dāng)水箱內(nèi)部壓力與注水壓力相等時(shí)，水箱處于充滿狀態(tài)。
[0035]水箱在排液時(shí)有兩種方法。一種是采用泵從液路斷接器15進(jìn)行抽水，抽水過程中需打開氣體接口 4，防止水箱內(nèi)囊13兩側(cè)壓差過高破壞內(nèi)囊。一種方法是充氣加壓的方法將水箱內(nèi)部水?dāng)D出，將氣口接頭4連接氣源或打氣筒，緩慢加壓，當(dāng)水箱內(nèi)部氣隙壓力高水內(nèi)囊13內(nèi)部水壓時(shí)，水即會(huì)從液路斷接器15被擠壓排出。
[0036]把手6的高度要高于液路斷接器15的頂端，保證水箱除殼體11外的所有部件疊放在一起時(shí)，液路斷接器12不會(huì)接觸在一起。
[0037]殼體11的錐度為1:10.4，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)殼體11與水箱相聯(lián)接，并且使多個(gè)水箱殼體11疊放在一起時(shí)，各殼體11之間保留一定的間隙，方便拆卸。水箱外端蓋9、殼體11設(shè)置有安裝孔18，可以將多個(gè)殼體11與一個(gè)完整的水箱連接，如圖4所示。
[0038]如圖5所示，水箱除殼體11外的部件可以通過外端蓋9上的安裝孔18采用長螺栓20進(jìn)行聯(lián)接疊放在一起，一般可采用4個(gè)組件疊放的型式，每?jī)蓚€(gè)組件的內(nèi)端蓋7的焊接有內(nèi)囊的一側(cè)相接觸，再將兩部分通過把手6相對(duì)的方式靠在一起，保證內(nèi)端蓋7在整個(gè)組件內(nèi)部，把手6靠外，因?yàn)楸诿姘咽?等金屬部件損壞內(nèi)端蓋7和內(nèi)囊12。該種疊放方式可以有效地減少水箱的存放空間。局部放大圖如圖6所示。
[0039]水箱內(nèi)貯存添加銀離子的航天員飲用水，該硬殼水箱能保證航天員飲用水貯存1.5年后不發(fā)生變質(zhì)。
[0040]本發(fā)明未詳細(xì)說明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。
【權(quán)利要求】
1.一種空間站飲用水長期貯存水箱，其特征在于，包括蝶形螺母(I)、緊鎖螺桿(2)、銷釘(3)、氣口接頭(4)、螺栓(5)、把手(6)、內(nèi)端蓋(7)、內(nèi)端蓋與外端蓋密封O型圈(8)、外端蓋(9)、外端蓋與殼體密封O型圈(10)、殼體(11)、內(nèi)囊(12)、氣口接頭密封O型圈(13)、鋼絲螺套(14)、第一液路斷接器(15)、第二液路斷接器(19)和液路斷接器密封O型圈(16);殼體(11)為錐形，殼體和外端蓋的材料為金屬；內(nèi)端蓋(7)的材料為非金屬；所述內(nèi)囊(12)采用九層復(fù)合膜材料制作； 內(nèi)囊(12)為上表面具有開口的軟體，內(nèi)囊(12)位于殼體(11)內(nèi)，內(nèi)囊(12)的上表面與內(nèi)端蓋(X)的下表面通過熱合工藝熱合焊接在一起；內(nèi)端蓋與外端蓋密封O型圈(8)嵌入內(nèi)端蓋(7)的上表面，鋼絲螺套(14)嵌入內(nèi)端蓋(7)中，內(nèi)端蓋與外端蓋密封O型圈(8)位于鋼絲螺套(14)外側(cè)，將螺栓(5)穿過外端蓋(9)后與內(nèi)端蓋(7)中的鋼絲螺套(14)配合，從而使內(nèi)端蓋(7)與外端蓋(9)固定在一起；外端蓋與殼體密封O型圈(10)嵌入殼體(11)內(nèi)，外端蓋(9)與殼體(11)采用蝶形螺母(I)、緊鎖螺桿(2)以及銷釘(3)固定在一起，并通過外端蓋與殼體密封O型圈(10)實(shí)現(xiàn)水箱密封；氣口接頭(4)固定在外端蓋(9)上，并采用氣口接頭密封O型圈(13)實(shí)現(xiàn)密封；第一液路斷接器(15)、第二液路斷接器(19)穿過外端蓋(9)后固定在內(nèi)端蓋(7)上，第二液路斷接器(19)作為注水口位于內(nèi)囊(12)的所述開口上方，第一液路斷接器(15)作為出水口位于內(nèi)囊(12)的所述開口上方；兩個(gè)液路斷接器與內(nèi)端蓋之間通過液路斷接器密封O型圈(16)實(shí)現(xiàn)密封；把手(6)安裝在外端蓋(9)上；內(nèi)囊(12)外表面、內(nèi)端蓋(7)側(cè)面與殼體(11)內(nèi)表面相鄰部分具有第一間隙，內(nèi)端蓋(7)最外側(cè)的上表面與外端蓋(9)下表面之間具有與第一間隙連通的第二間隙；氣口接頭(4)能夠?qū)崿F(xiàn)上述第一間隙與水箱外部聯(lián)通。
2.如權(quán)利要求1所述的空間站飲用水長期貯存水箱，其特征在于:內(nèi)端蓋(7)采用聚乙烯材料制作。
3.如權(quán)利要求1所述的空間站飲用水長期貯存水箱，其特征在于，熱合焊接的焊縫在內(nèi)端蓋徑向的寬度不小于5mm，采用兩道熱合焊縫。
4.如權(quán)利要求1所述的空間站飲用水長期貯存水箱，其特征在于:所述的內(nèi)囊(12)與內(nèi)端蓋(7)的熱合處為圓環(huán)形，熱合處的外徑小于內(nèi)端蓋下表面的最大外徑。
5.如權(quán)利要求1所述的空間站飲用水長期貯存水箱，其特征在于:所述的內(nèi)囊(12)長度小于殼體(11)的高度。
6.如權(quán)利要求1所述的空間站飲用水長期貯存水箱，其特征在于:內(nèi)端蓋朝向內(nèi)囊的表面形成凹槽(17)。
7.如權(quán)利要求1所述的空間站飲用水長期貯存水箱，其特征在于:把手(6)的高度高于液路斷接器(15)的頂端。
8.如權(quán)利要求1所述的空間站飲用水長期貯存水箱，其特征在于:所述的殼體(11)的錐度為1:10.4。
9.如權(quán)利要求1所述的空間站飲用水長期貯存水箱，其特征在于:水箱外端蓋(9)以及殼體(11)的外側(cè)均設(shè)置有用于與其它水箱部件組裝的安裝孔(18)。
【文檔編號(hào)】B65D30/02GK104309820SQ201410559467
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月20日
【發(fā)明者】劉錦濤, 周成, 李永, 莊保堂, 馮春蘭, 潘海林, 姚燦 申請(qǐng)人:北京控制工程研究所