[發明專利]一種深度過冷液氧制備系統及制備方法

有效

• 申請號: 202011050606.8
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112254435B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 劉海飛;黃福友;劉照智;劉忠明;唐強;紀晶晶;王明富;劉佳興
• 申請（專利權）人: 北京航天發射技術研究所
• 主分類號: F25J1/00
• 分類號: F25J1/00;F25J5/00
• 代理公司: 北京天方智力知識產權代理事務所(普通合伙) 11719
• 代理人: 路遠

本發明提供了一種深度過冷液氧制備系統及制備方法，解決現有技術無法有效制備深度過冷液氧的技術問題。系統包括液氧容器，用于存儲過冷液氧和轉化的深度過冷液氧；液氮容器，用于存儲標準沸點液氮；液氧過冷器，用于形成換熱器殼程和管程，利用殼程中的換熱冷媒介質對管程中的液氧進行過冷降溫；引射抽空減壓系統，用于通過引射器獲取換熱冷媒介質蒸汽形成減壓降溫過程；液氧容器與液氧過冷器間形成主循環回路，液氮容器與液氧過冷器形成冷媒介質平衡管路，液氧過冷器的殼程通過連通支路與引射抽空減壓系統的引射器引入接口連接。成功制備了深度過冷液氧，滿足總體要求。可直接應用于低溫運載火箭的液氧加注，降低了后續研制任務的技術風險。

技術領域

本發明涉及液化制冷技術領域，具體涉及一種深度過冷液氧制備系統及制備方法。

背景技術

現有技術中，液氧低溫推進劑是低溫運載火箭的主要燃料之一。目前，液氧低溫推進劑加注時以常壓飽和狀態為主，過冷狀態為輔，過冷狀態液氧加注僅用于補加階段。而低溫推進劑采用過冷狀態液氧全程加注，可有效提升液氧低溫推進劑的熱力學性能。根據液氧物性參數可知，低溫推進劑經過冷后，可提高推進劑的密度，降低汽化壓力。對于運載火箭來說，在貯箱容積一定的情況下，加注過冷液氧可加注更多質量的推進劑，或者是在加注一定質量推進劑的情況下，可減小貯箱容積，降低火箭質量。此外，在發動機入口凈正吸入壓力一定的條件下，在過冷狀態下，可將貯箱氣枕操作壓力下限降低，則貯箱壁厚可相應減少，同時氣枕質量減小，攜帶的增壓氣體質量就可降低，因此降低汽化壓力可減小貯箱質量和攜帶的氣體質量，使整個運載火箭的尺寸和質量降低。對于深空探測等長期在軌貯存來說，經過過冷后的低溫推進劑還可利用過冷度來顯著提高在軌無損貯存時間。

現有液氧過冷工藝主要通過液氮(標準沸點為77K)在液氧過冷器中對液氧(標準沸點為90.18K)進行過冷，液氮充裝在液氧過冷器的殼程，換熱器浸泡在液氮中，液氧流經換熱器的管程時與液氮發生熱交換，從而使液氧過冷到約80K后往火箭貯箱補加加注。但是該種過冷工藝受限于過冷液氧溫度必須大于液氮的冷媒介質沸點狀態的規律，無法滿足進一步獲得深度過冷液氧的制備要求。

發明內容

鑒于上述問題，本發明實施例提供一種深度過冷液氧制備系統及制備方法，解決現有技術無法有效制備深度過冷液氧的技術問題。

本發明實施例的深度過冷液氧制備系統，包括：

液氧容器，用于存儲過冷液氧和轉化的深度過冷液氧；

液氮容器，用于存儲作為換熱冷媒介質的標準沸點液氮；

液氧過冷器，用于形成換熱器殼程和管程，利用殼程中的換熱冷媒介質對管程中的液氧進行過冷降溫；

引射抽空減壓系統，用于通過引射器獲取換熱冷媒介質蒸汽形成換熱冷媒介質減壓降溫過程；

液氧容器與液氧過冷器間形成主循環回路，液氮容器與液氧過冷器形成冷媒介質平衡管路，液氧過冷器的殼程通過連通支路與引射抽空減壓系統的引射器引入接口連接。

本發明一實施例中，還包括在液氧容器與液氧過冷器間形成次循環回路，用于循環深度過冷液氧形成的過冷液氧。

本發明一實施例中，所述液氧容器包括主液氧出口和液氧入口，所述主液氧出口設置在所述液氧容器底部，所述液氧入口設置在所述液氧容器頂部，所述主液氧出口和所述液氧入口分別與所述液氧過冷器的管程兩端通過管路連接形成所述主循環回路，所述液氮容器包括液氮出口，所述液氮出口與所述液氧過冷器殼程的殼程入口連接形成所述冷媒介質平衡管路，所述液氧過冷器殼程的殼程出口與所述引射抽空減壓系統的引射器引入接口間形成減壓連通支路。

本發明一實施例中，所述液氧容器還包括次液氧出口，所述次液氧出口設置在液氧容器上部，在所述主循環回路的輸出管路上設置與所述次液氧出口連接的次循環管路，利用所述次循環管路與部分的所述主循環回路形成所述次循環回路。