[发明专利]一种基于液氧液氮混合再抽空的超级过冷液氧获取系统

说明书

一种基于液氧液氮混合再抽空的超级过冷液氧获取系统，包括常压饱和液氮、液氧储罐，常压饱和液氮储罐入口与增压气体相通，出口与二级过冷器壳侧入口a连接；常压饱和液氧储罐入口与增压气体相通，第一出口与二级过冷器壳侧入口b连接；二级过冷器壳侧出口c与一级过冷器气侧入口d连接，一级过冷器气侧出口e经过复温器与抽空减压装置连接；常压饱和液氧储罐第二出口与一级过冷器液侧入口n连接，一级过冷器液侧出口o与二级过冷器管程入口r连接；二级过冷器管程出口s与深度过冷液氧储罐入口连接；本发明将液氧液氮混合后，在较高的抽空压力下，便可获得接近液氧三相点的温度，实现以较低的抽空代价获得更大的液氧过冷度效果。

技术领域

本发明涉及低温推进过冷度获取技术领域，具体涉及一种基于液氧液氮混合再抽空的超级过冷液氧获取系统。

背景技术

低温液氢、液氧、液态甲烷具有高比冲、无毒无污染等优点，是航天飞行与深空探测的首选推进剂。未来的深空探测要求低温推进剂能够实现在轨长达几个月的无损存贮，液态推进剂的低温特性决定了即使采用最好的绝热方式，空间漏热仍会进入贮箱内部促使低温液相升温气化。而此时若采用过冷低温推进剂(从常沸点状态冷却至三相点温度的状态)，不仅可以解决上述问题，即增大低温液体容纳空间漏热的能力，延长无损贮存时间，还会增加推进剂密度，降低推进剂饱和压力，从而减少贮箱尺寸，减薄壁厚，提升运载火箭的有效载荷。

基于热力学状态分析，低温推进剂过冷度获取方法主要有三种形式：直接换热过冷(等压过冷)、抽空减压过冷(减压过冷)、氦气鼓泡过冷(浓度差过冷)。其中，直接换热过冷方式根据冷量来源不同，又可分为低温液体换热过冷和低温制冷剂换热过冷，前者过冷效率差，后者系统较复杂、造价高；氦气鼓泡过冷需要大量贵重又稀有的氦气作为工作介质，代价高昂；而抽空减压的过冷方式可将低温工质过冷至三相点附近，且无需复杂设备，投资少、耗费低，是低温推进剂获取过冷度最可行的方案之一。

然而，对于液氧深度过冷，传统的抽空减压方案具有以下不足：液氧三相点温度很低(54.4K)，导致对应的饱和压力也非常低(148Pa)，如要过冷至该状态，此时抽空代价十分高昂；或者采用先将液氮抽空至其三相点后再过冷液氧的方式，虽然液氮三相点温度对应的饱和压力较高(12.6kPa)，但其三相点温度仅有63.2K，只能将液氧过冷至接近此温度的状态，而无法达到液氧三相点状态，即深度过冷状态。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提出一种基于液氧液氮混合再抽空的超级过冷液氧获取系统，将液氧液氮混合后，在较高的抽空压力下，便可获得接近液氧三相点的温度，实现以较低的抽空代价获得更大的液氧过冷度效果。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于液氧液氮混合再抽空的超级过冷液氧获取系统，包括常压饱和液氮储罐1和常压饱和液氧储罐5，常压饱和液氮储罐1入口通过第一阀2与增压气体相通，常压饱和液氮储罐1出口通过第二阀4与二级过冷器13壳侧入口a连接，常压饱和液氮储罐1设有第一安全阀3；

常压饱和液氧储罐5入口通过第三阀6与增压气体相通，常压饱和液氧储罐5第一出口通过第四阀8与二级过冷器13壳侧入口b连接，常压饱和液氧储罐5设有第二安全阀7，二级过冷器13的壳侧出口连接第八阀14；

二级过冷器13壳侧出口c通过第六阀11与一级过冷器10气侧入口d连接，一级过冷器10气侧出口e分别经过第十阀19、复温器20、第十一阀21后与抽空减压装置22连接；二级过冷器13设有第三安全阀15；

常压饱和液氧储罐5第二出口通过第五阀9与一级过冷器10液侧入口n连接，一级过冷器10液侧出口o通过第七阀12与二级过冷器13管程入口r连接；二级过冷器13管程出口s通过第九阀16与深度过冷液氧储罐17入口连接；深度过冷液氧储罐17设有第四安全阀18。

所述的连接采用的管道均为高真空多层绝热低温流体管道。