[发明专利]一种带有喷射装置的控压低温储罐

说明书

本发明公开一种带有喷射装置的控压低温储罐，包括罐体、低温循环泵、液体节流阀、换热器、流体喷射器和排气冷却系统，换热器包括逆流设置的第一换热通路和第二换热通路，罐体、低温循环泵、第一换热通路和流体喷射器依次相互连通形成大股流体循环回路，罐体、液体节流阀、第二换热通路和排气冷却系统依次相互连通形成节流制冷路径；流体喷射器设置在所述罐体内，流体喷射器至少在罐体内上部空间处设置有喷射口；排气冷却系统包括引射器、正仲氢转化装置和排气冷却盘管。本发明结构简单，喷射强度大，换热效率好，可有效的消除罐体漏热，实现罐体压力的良好控制，对低温推进剂的长期贮存具有较好的应用价值及推广前景。

技术领域

本发明涉及低温推进剂储存以及流体管理领域，具体涉及一种带有喷射装置的控压低温储罐。

背景技术

由于具有高比冲、环境友好以及容易获得等优异特性，低温推进剂在航空航天领域得到了越来越多的应用。然而，低温推进剂储存温度较低，外部漏热很容易造成流体温度的升高和蒸发，并带来罐体压力的升高。为保证在轨安全运行，低温推进剂储罐压力需控制在一定范围内。罐体压力过高，会引起罐体超压爆炸，带来严重安全隐患；罐体压力过低，会造成装置结构的不稳定，也会带来不安全隐患。因此对于空间运行的航天器用低温推进剂储罐，需采用有效的主被动控压方式，将罐体压力维持在允许范围内。

目前，低温推进剂储罐主要采用多层真空辐射屏进行有效隔热。然而对于多层真空绝热，当辐射屏的层数增加到一定数目后，绝热层的整体绝热效果将趋于稳定。也就是说存在一个最佳绝热层厚度，当绝热层的厚度高于或低于该最佳厚度时，罐体的绝热效果均会变差。因此，单纯采用多层真空绝热材料在阻挡罐体漏热时也存在一极限值。为进一步降低罐体漏热量，可在罐体内罐和外罐的空间中缠绕一层盘管，然后将罐体排出的低温气体引入盘管，构成一道冷却屏障，以更大限度的降低侵入罐体的漏热量。在低温储罐压力控制方面，现存的方法主要包括直接排气降压、采用喷射混合装置的喷射降压、采用带制冷机的主动制冷降压以及热力学排气控压四种方式。直接排气控压是在罐体顶部设置一排气阀，当罐体压力超过所设定的压力上限时，打开排气阀，通过排出部分气体来降低罐体压力；而当罐体压力低于所设定的压力值时，将排气阀关闭，罐体在外部漏热下升压，直至升高到所设定的罐体压力上限，排气阀再次打开。直接排气控压虽然操作简便，然而采用该方式控制罐体压力会造成排气阀的频繁启闭，同时带来较大的排气损失。喷射混合降压是通过循环泵将罐体底部过冷流体喷射到罐内高温气相，通过冷却气相温度达到降低罐体压力的目的。当罐体压力降低到所设置压力下限时，喷射停止，罐体在外部漏热下再次升压，直到升高到所设置罐体压力上限，喷射过程再次开启。该方式仅是实现了热量从气相到液相的转移，并没有从根本上消除外部漏热。当罐体内部流体达到饱和状态时，通过喷射已不能达到降低罐体压力的目的，并且喷射的饱和液体与过热气体接触后，会造成饱和液体的迅速蒸发，进一步促进罐体压力的升高，因此该方式不适于低温推进剂的长期储存。采用带制冷机的主动制冷技术通过热管或者其他方式将制冷机产生的冷量直接送入罐体内部，通过冷却罐体来达到控压的目的。该方式可以从根本上消除外部漏热来降低罐体压力，然而目前国际国内并不具备制造低温区、大制冷量的低温制冷机的能力，这也限制了主动制冷技术在低温推进剂罐体压力控制方面的应用。热力学排气方式则是通过节流一小部分流体，利用这部分流体的气化潜热以及显热来冷却箱内大部分流体，被冷却的大部分低温流体再次喷射到罐体内部，通过冷却罐体内气液相，来达到移除外部漏热，实现罐体压力控制的目的。该方式仅以牺牲小部分流体为代价，就可以实现罐体漏热的消除以及罐体压力的控制，是目前最具前景的罐体压力控制方式。然而，现有的热力学排气系统结构相对简单，没有考虑低温排气的合理有效利用，造成了大量冷能损失。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够高效可靠地控压、隔热，通过降低外部漏热实现对罐体压力良好控制的低温推进剂储罐。