[发明专利]一种新型的主动喷射冷却装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的主动喷射冷却装置，属于低温液体长期无损储运领域，尤其是适用于低温液体的空间储存。

背景技术

随着低温液体在工业领域的大规模应用，对于低温液体的长寿命无损储运的要求越来越高。由于低温液体的获得必须耗费大量的能源，因此，低温液体的长寿命储运也是实现节能的重要途径。众所周知，只有低于环境温度的液体才称为低温液体，通常该温度为零下150℃以下，因此，来自环境的多种外部漏热势必导致低温液体的吸热相变，从而造成低温储箱的压力提升，进而影响到储箱的安全使用。为避免低温贮箱超压引起的机械破坏，需将蒸发的气态物质及时地排出箱外，这势必造成了低温液体和能源的浪费。

目前，低温储箱根据使用场所不同，分为地面和空间两类。对于地面低温液体储箱，由于能源相对比较充沛和易获取，所以，在不考虑能源浪费的前提下，尚可采用定压排空的方式。但对于空间能源极其匮乏和较难获取的现实问题，采用定压排放不仅仅浪费能源和降低低温液体的有效效能，并且增加了空间发射成本；同时由于空间飞行的特殊性，排气还会干扰飞行姿态，增加控制难度。

因此，实现低温液体的长寿命无损储运对于提高低温液体的效能发挥和实现节能具有重要意义。低温液体长寿命无损储运技术是指借助先进的低温制冷和低温绝热等技术平衡低温液体储槽的漏热损失，从而使得储槽内低温液体的蒸发率显著降低，甚至降低为零，并保持低温液体储槽内部压力恒定的一种储存方法。2005年，NASA提出了一种无损储存系统，该结构采用传统的圆柱形热管和侧面混合器强制对流的方式强化换热，提高了换热效率，但是这种结构阻力较大，强化换热效果较差。美国专利US 2007/0193282 A1提出了一种低温液体的低温储存方法和系统，该方案利用液氧和液化天然气的工作温度差异，利用液化天然气来冷却液氧储箱的外壁，从而降低外部漏热，同时利用内部制冷系统冷却液氧，降低液氧的平均存储温度，从而实现低温液体的无损储存，但该方案采用两类低温液体，结构复杂，控制较困难。

发明内容

为此，本发明的目的在于解决现有技术中传统圆形导热管和翅片的流动死区传热不理想的问题，通过采用对称异型管的结构提高空间低温液体储箱换热元件的换热效率，减少背风侧的低速区，降低流阻，提高强制喷射泵的效率，从而实现系统性能的整体提升。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种新型的主动喷射冷却装置，包括外壳和传热管、翅片以及强制喷射泵；所述的传热管冷端外侧加装翅片，所述传热管为对称异型管；所述翅片的横截面形状与所述传热管的异型管横截面形状相同。

所述传热管和翅片的对称轴和强制喷射泵出口的中线垂直。

所述强制喷射泵采用脉动或变频模式喷射。

所述翅片为开缝翅或百叶窗或波纹翅。

所述外壳外表面包裹多层隔热材料。

本发明从两个方面提高了低温液体储箱的能效：（1）、通过水滴形对称异型传热管的设计，降低了低温液体的流阻，提高了传热表面的传热特性，节省了泵工；（2）、通过传热管冷端加装翅片，增加换热面积，尤其是采用相应的对称异型管结构形式，进一步消除了背风侧的死滞区，提升了换热特性，有助于系统能效的提升。

本发明解决了常规低温液体主动储运系统效率低下的问题，对于深冷低温液体（液氢、液氧、液氮、液氦）的长寿命无损储运具有重要的现实意义，尤其是适用于低温液体的空间储存，有效地解决了空间能源匮乏的问题，并提高了系统性能，延长了低温存储系统的有效工作周期。

本发明的结构紧凑、简单、高效，适用于各种类型低温液体长期无损储运需求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为距热管冷端8mm处流体流速分布比较图；

图4为距热管冷端8mm处流体温度分布比较图；

图5为储箱外壁面的温度分布曲线；

图6为 储箱内平均速度的效果比较图；

图7 为储箱内平均温度的效果比较图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明及其有益效果作进一步详细的说明。