[发明专利]一种可用于过冷氧制取和无损贮存的多层低温贮罐

说明书

本发明涉及一种可用于过冷氧制取和无损贮存的多层低温贮罐，属于低温储运领域。本发明该多层低温贮罐为三层结构，最内层为过冷氧贮罐，即氧程贮罐，中间层为液氮层，即氮程贮罐，液氮层外表面包覆绝热层；氧程贮罐置于氮程贮罐内部，在加注了液氧和液氮后，通过氧程贮罐的罐壁换热，自然获取液氮温度下的过冷氧。本发明通过常压下温度更低的液氮与过冷氧进行换热，保证了过冷氧的过冷度，降低过冷氧吸热量，延长过冷氧的贮存时间。

技术领域

本发明属于低温储运领域，具体涉及一种可用于过冷氧制取和无损贮存的多层低温贮罐。

背景技术

液氢、液氧低温推进剂由于具有无毒、元污染、高性能、低成本和大推力等优势，成为应用于大型运载火箭最广泛的一组推进剂，其比冲比常温推进剂高30％～40％。液氢、液氧低温推进剂沸点温度都极低(液氢沸点温度为20.368K。氧的沸点温度为90.18K)，往往外部漏热或阻力损失就会引起气化，出现气液两相流或喷泉现象，直接影响运载火箭的发射。采用推进剂过冷加注，不仅能避免上述情况发生，且还能增加低温推进剂质量和冷量，来提高运载火箭有效载荷和拓宽深空探测的范围。所谓过冷氧即是通过过冷技术将普通液氧温度(90K)降低至90K以下，目前国内水平能使过冷氧降低至最低67K。国内外低温火箭液氧贮箱大多采用了部分过冷加注，例如我国现役CZ-3A系列、CZ-5、CZ-6、CZ-7等火箭，美国的土星V、俄罗斯安加拉、欧洲阿里安火箭均在射前采用液氧过冷补加技术Falcon9火箭为提高运载能力，采用了全程低于液氮温度的过冷氧加注方案，大幅提高了加注质量，提高运载能力。

目前过冷氧的制取通常采用液氮换热、或者抽空制冷、或者制冷循环制冷等方式，国内使用的过冷氧暂无低于液氮温度的需求。由于过冷氧不易保存，常规的低温贮罐常采用发泡绝热、珠光砂堆积绝热或者真空绝热等方式，其中绝热性能最好的是真空绝热方式，均无法做到100％的绝热，过冷氧在贮存过程中，会因从外界环境吸热而逐渐升温，从而失去过冷度。因此如何实现过冷氧的无损贮存成为目前亟待解决的难题。图1为现有真空贮罐的流程示意图。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何提供一种可用于过冷氧制取和无损贮存的多层低温贮罐，以解决过冷氧的无损贮存的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出一种可用于过冷氧制取和无损贮存的多层低温贮罐，该多层低温贮罐为三层结构，最内层为过冷氧贮罐，即氧程贮罐，中间层为液氮层，即氮程贮罐，液氮层外表面包覆绝热层；

过冷氧贮罐上部设置一路高压氦气气源接口；过冷氧贮罐左侧设置压力液位传感器，过冷氧贮罐右侧底部设置过冷氧真空绝热进出液管道，右上侧设置真空绝热排气管道，所有真空管上设置取样口；排气管道的排气口设置两路并联的安全装置，两路装置之间设置三通阀隔开；

液氮层上部设置高压氮气气源接口，气管末端连接喷淋装置主管道，通过喷淋装置喷口向液氮层内喷气，喷淋装置主管道为矩形结构，管道上均匀开孔；液氮层右上侧设置真空绝热排气管道，排气管道分支设预冷加注口，排气管末端连接喷淋装置主管道；贮罐左侧设置压力液位传感器；贮罐右侧底部设置液氮真空绝热进出液管道；

氧程贮罐置于氮程贮罐内部，在加注了液氧和液氮后，通过氧程贮罐的罐壁换热，自然获取液氮温度下的过冷氧。

进一步地，罐体采用玻璃钢支座支撑，根据受力情况设置三组，分别位于罐体左侧、中部和右侧，其中右侧的支座为固定连接，其他支座仅提供支撑力；内外罐之间连接不固定，可滑动，在低温状态下可允许内外罐收缩量不同而产生相对位移。

进一步地，氧程贮罐和氮程贮罐的进出液管和排气管均设置在贮罐的同侧封头，该封头处的氧程贮罐和氮程贮罐为固定支撑状态，另一侧的氧程贮罐和氮程贮罐为活动支撑状态，在低温状态时，氧程贮罐和氮程的贮罐向同侧收缩，形变不会对贮罐的连接部位产生较大的应力。