[发明专利]一种深度过冷液氧制备系统及制备方法

说明书

本发明提供了一种深度过冷液氧制备系统及制备方法，解决现有技术无法有效制备深度过冷液氧的技术问题。系统包括液氧容器，用于存储过冷液氧和转化的深度过冷液氧；液氮容器，用于存储标准沸点液氮；液氧过冷器，用于形成换热器壳程和管程，利用壳程中的换热冷媒介质对管程中的液氧进行过冷降温；引射抽空减压系统，用于通过引射器获取换热冷媒介质蒸汽形成减压降温过程；液氧容器与液氧过冷器间形成主循环回路，液氮容器与液氧过冷器形成冷媒介质平衡管路，液氧过冷器的壳程通过连通支路与引射抽空减压系统的引射器引入接口连接。成功制备了深度过冷液氧，满足总体要求。可直接应用于低温运载火箭的液氧加注，降低了后续研制任务的技术风险。

技术领域

本发明涉及液化制冷技术领域，具体涉及一种深度过冷液氧制备系统及制备方法。

背景技术

现有技术中，液氧低温推进剂是低温运载火箭的主要燃料之一。目前，液氧低温推进剂加注时以常压饱和状态为主，过冷状态为辅，过冷状态液氧加注仅用于补加阶段。而低温推进剂采用过冷状态液氧全程加注，可有效提升液氧低温推进剂的热力学性能。根据液氧物性参数可知，低温推进剂经过冷后，可提高推进剂的密度，降低汽化压力。对于运载火箭来说，在贮箱容积一定的情况下，加注过冷液氧可加注更多质量的推进剂，或者是在加注一定质量推进剂的情况下，可减小贮箱容积，降低火箭质量。此外，在发动机入口净正吸入压力一定的条件下，在过冷状态下，可将贮箱气枕操作压力下限降低，则贮箱壁厚可相应减少，同时气枕质量减小，携带的增压气体质量就可降低，因此降低汽化压力可减小贮箱质量和携带的气体质量，使整个运载火箭的尺寸和质量降低。对于深空探测等长期在轨贮存来说，经过过冷后的低温推进剂还可利用过冷度来显著提高在轨无损贮存时间。

现有液氧过冷工艺主要通过液氮(标准沸点为77K)在液氧过冷器中对液氧(标准沸点为90.18K)进行过冷，液氮充装在液氧过冷器的壳程，换热器浸泡在液氮中，液氧流经换热器的管程时与液氮发生热交换，从而使液氧过冷到约80K后往火箭贮箱补加加注。但是该种过冷工艺受限于过冷液氧温度必须大于液氮的冷媒介质沸点状态的规律，无法满足进一步获得深度过冷液氧的制备要求。

发明内容

鉴于上述问题，本发明实施例提供一种深度过冷液氧制备系统及制备方法，解决现有技术无法有效制备深度过冷液氧的技术问题。

本发明实施例的深度过冷液氧制备系统，包括：

液氧容器，用于存储过冷液氧和转化的深度过冷液氧；

液氮容器，用于存储作为换热冷媒介质的标准沸点液氮；

液氧过冷器，用于形成换热器壳程和管程，利用壳程中的换热冷媒介质对管程中的液氧进行过冷降温；

引射抽空减压系统，用于通过引射器获取换热冷媒介质蒸汽形成换热冷媒介质减压降温过程；

液氧容器与液氧过冷器间形成主循环回路，液氮容器与液氧过冷器形成冷媒介质平衡管路，液氧过冷器的壳程通过连通支路与引射抽空减压系统的引射器引入接口连接。

本发明一实施例中，还包括在液氧容器与液氧过冷器间形成次循环回路，用于循环深度过冷液氧形成的过冷液氧。

本发明一实施例中，所述液氧容器包括主液氧出口和液氧入口，所述主液氧出口设置在所述液氧容器底部，所述液氧入口设置在所述液氧容器顶部，所述主液氧出口和所述液氧入口分别与所述液氧过冷器的管程两端通过管路连接形成所述主循环回路，所述液氮容器包括液氮出口，所述液氮出口与所述液氧过冷器壳程的壳程入口连接形成所述冷媒介质平衡管路，所述液氧过冷器壳程的壳程出口与所述引射抽空减压系统的引射器引入接口间形成减压连通支路。

本发明一实施例中，所述液氧容器还包括次液氧出口，所述次液氧出口设置在液氧容器上部，在所述主循环回路的输出管路上设置与所述次液氧出口连接的次循环管路，利用所述次循环管路与部分的所述主循环回路形成所述次循环回路。