[發明專利]低溫高壓換熱裝置及其控制方法

在審

• 申請號: 202310118488.7
• 申請日: 2023-01-31
• 公開（公告）號: CN116164576A
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 邱一男;徐元元;鄭直;王納;田歌;何仁;張召;呂云
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍63921部隊
• 主分類號: F28D21/00
• 分類號: F28D21/00;F28F27/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 李夢晨

本發明涉及低溫研究技術領域，提供一種低溫高壓換熱裝置及其控制方法，換熱裝置包括和杜瓦總成和氣瓶，杜瓦總成，包括本體和端蓋，端蓋蓋設于本體，本體包括內膽和外殼，外殼套設于內膽的外側，并與內膽之間設有間隙，內膽、外殼和端蓋限制出容納腔，容納腔內設有冷屏絕熱組件；內膽和端蓋限制出換熱腔，換熱腔內盛裝有低溫液體；氣瓶，懸吊設于換熱腔，并浸泡于低溫液體，氣瓶內盛裝有低溫高壓氣體。本發明通過調節冷屏絕熱組件的溫度來調節換熱腔內低溫液體的溫度，在熱傳導作用下，進而改變氣瓶內的高壓氣體的溫度，使本發明提供的低溫高壓換熱裝置可以滿足貯存多種低溫液體的需求，也可以使高壓氣體處于超臨界狀態，結構簡單、操作方便。

技術領域

本發明涉及低溫研究技術領域，尤其涉及一種可應用于中國新一代運載火箭首套液氦溫區超臨界氦增壓輸送試驗系統的低溫高壓換熱裝置及其控制方法。

背景技術

隨著運載器和航天器向著重型化、重復使用和長期在軌方向發展。液體推進劑的使用規模必將成倍增長，這要求液體推進劑增壓系統攜帶更多增壓氣體的同時自身結構質量要小，且安全可靠。

目前，運載火箭增壓技術中，一般增壓氣瓶處于低溫液體燃料箱外部，氣瓶內裝有常溫氣體介質(一般為氦氣或氮氣)，因為處于常溫狀態，氣體密度較低，氣瓶盛裝增壓輸送氣體量有限，增壓效率較低。尤其是對于液氫燃料的增壓，少數采用低溫氦氣，但最低也只能達到20K，氦氣溫度無法繼續降低，在氣瓶容積有限的前提下無法進一步增大盛裝密度，使氣體盛裝量受限。用于增壓的氦氣最為理想的狀態是近臨界溫度的超臨界態，此時密度最大且狀態穩定，可以滿足上述要求，提高航天器的有效載荷。

然而，相關技術中，缺乏能夠實現液氦與氦氣瓶換熱，并且能夠主動控溫，從而制備近臨界溫度的狀態穩定的超臨界氦氣的技術。此外，用于換熱降溫的貯存低溫液體的壓力容器或杜瓦瓶盛裝單一，不能滿足貯存多種低溫液體的需求。

發明內容

本發明提供一種低溫高壓換熱裝置，可以滿足貯存多種低溫液體(一般為低溫液體燃料)的需求，同時可以使增壓用高壓氣體處于超臨界狀態，以通過盛裝不同低溫液體，實現不同種增壓介質的近臨界溫度超臨界態。

本發明還提供一種低溫高壓換熱裝置的控制方法，用以實現液氦與氦氣瓶通過浸泡換熱，并且能夠主動控溫，從而制備近臨界溫度的狀態穩定的超臨界氦氣的技術。

本發明提供一種低溫高壓換熱裝置，包括：

杜瓦總成，包括本體和端蓋，所述端蓋蓋設于所述本體，所述本體包括內膽和外殼，所述外殼套設于所述內膽的外側，并與所述內膽之間設有間隙，所述內膽、所述外殼和所述端蓋限制出容納腔，所述容納腔內設有冷屏絕熱組件；所述內膽和所述端蓋限制出換熱腔，所述換熱腔內盛裝有低溫液體；

氣瓶，懸吊設于所述換熱腔，并浸泡于所述低溫液體，所述氣瓶內盛裝有低溫高壓氣體。

根據本發明提供的低溫高壓換熱裝置，所述冷屏絕熱組件包括：

輻射體，套設在所述內膽的外側；

冷媒管，繞制在所述輻射體背離所述內膽的一側，所述冷媒管沿所述輻射體的軸向延伸以形成螺旋狀結構，所述冷媒管內注有低溫液體。

根據本發明提供的低溫高壓換熱裝置，所述冷媒管的進口端設置有冷媒進液閥和第一溫度傳感器，所述第一溫度傳感器用于檢測所述冷媒管進口端的溫度；

所述冷媒管的出口端設置有冷媒出液閥和第二溫度傳感器，所述第二溫度傳感器用于檢測所述冷媒管出口端的溫度。

根據本發明提供的低溫高壓換熱裝置，所述氣瓶包括相連通的瓶體和頸管；所述頸管穿設于所述端蓋，所述瓶體通過所述頸管懸吊于所述換熱腔；