[发明专利]再加热低温液体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及加热低温液体，特别是涉及加热储存在具有顶部气体空间的储罐中的低温液体。

背景技术

在一些低温应用中，特别是技术测试和科学实验中，可能需要供应处于精确的温度和精确的压力条件下的低温液体。例如，当测试低温火箭发动机时，特别是在对它们用于供给低温推进剂的泵进行空泡试验时，总是需要更加频繁地供应接近于饱和点的低温液体流。为了限制这些火箭发动机所推动的运载工具的储罐的壁厚从而限制其重量，趋势上是减少储罐内的压力。因此，在实际发射期间供给到供给泵的液体接近于饱和点，由此更加可能在泵中产生气泡现象。因此为了在地面上进行空泡测试，就需要能够供应具有尽可能接近真实情况的压力和温度的低温液体。遗憾的是，在地面上的储罐中，低温液体大体处于基本上较低的温度，并由此更加远离饱和点。

为了增加储存于具有顶部气体空间的储罐、即在低温液体自由表面之上具有气相的储罐中的低温液体的温度，进行了多种尝试，特别是通过吹送较高温度的气体来向其传递能量。该气体被注入储罐顶部气体空间内。然而，因为此种低温液体有非常高的比热，所以为加热大量低温液体所需的时间通常非常长。此外，从上方加热液体，液体中会产生明显的温度分层，较高温度层接近自由表面而较低温度层接近底部，供给测试台的液体通常从底部抽取。因此，这种方案被发现不足以按照合理的精确度和明显高于低温液体被加热前的原始温度来供应低温液体。而且，这样也不能够以随时间恒定的温度向泵供应液体。

发明内容

本发明致力于提出一种加热储存在具有顶部气体空间的低温储罐中的低温液体的方法，该方法能够更快且更均匀地加热低温液体。

在本发明的方法的至少一个实施方案中，这一目的是通过从低温液体的自由表面的下方注入较高温度气体来加热该低温液体实现的。

借助这些方法，热交换能够在整个液柱上进行，从而能够借助储罐中的流体对流的加热效果，使加热更均匀。气泡在沿着上升路径与液体进行热交换之后，气泡中的气体可以部分地液化并将其潜热的能量提供给液体。

在特别简单的方式下，注入的气体可为该低温液体的气相。然而，若至少其它气体与该低温液体为化学惰性关系，且其凝固温度明显低于储罐中低温液体的温度，从而避免堵塞注入点，则也可采用选择或者添加其它气体；而如果期望能够随后抽取具有一定纯度的低温液体，则所述其它气体应不会与该低温液体混合。

有益的是，在从低温液体的自由表面的下方注入气体的同时，可以在该表面的上方进行排气，以便保持顶部气体空间的压力低于预设的最大压力。例如，此最大压力可被预设为所要达到的温度的函数。特别是，如果加热的目的是能够随后抽取温度和压力接近低温液体的饱和点的低温液体，则排气对于接近饱和点会是有益的，这是因为注入气体通常会使封闭储罐中的压力增加。此外，储罐内的压力过高可能导致严重的安全问题。

特别是，低温液体可为液态氢，这是由于其比热特别高，使用其他方法加热特别困难。然而，也可设想将本方法用于其他低温液体。

在特别的有益方式下，所述气体可通过抽取点被注入低温液体，由此简化与储罐相关的管路连接并且避免在储罐中增设更多孔口的必要（这些孔口可能对储罐的隔热性和机械强度两者均有害）。

本发明还提供了低温装置的测试方法。在此测试方法的至少一个实施例中，低温液体在具有顶部气体空间的储罐中，通过从低温液体的自由表面的下方注入较高温度的气体来加热，以随后在至少一个低温装置的测试期间供给低温装置。因此在测试期间能够将具有精确温度的低温液体供给到低温装置。

特别地，所述低温装置可包括至少一个低温液体泵，因此通过加热，就能够以接近饱和点的低温液体来供应该泵，以在该泵上进行空泡测试。

在特别的有益方式中，在测试期间，可将气流注入低温储罐的顶部气体空间内，以保持顶部气体空间的压力为低温液体的饱和压力。在从低温储罐抽取低温液体后，这样是为了避免低温储罐中的压力降到该所需温度的饱和点压力以下，因为那会导致在测试进行时液体蒸发并使剩余的液体冷却。

然而，在测试之后，为了进行后续的测试而使低温气体冷却（特别是在后续测试中需要供给温度较低的低温液体时），将低温储罐的顶部气体空间的气压降压到低温气体的饱和温度以下也是有益的。

本发明还提供一种用于测试低温装置的设备，该设备包括至少一个用于供给到低温装置的低温液体的低温储罐。在至少一个实施例中，该系统还具有用于高于低温液体温度的气体从低温液体的自由表面下方引入低温储罐、以加热低温液体的装置。

附图说明