一种用于长期在轨贮存低温液体的装置及其冷却方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于长期在轨贮存低温液体的装置及其冷却方法，该装置包括：贮存箱、箱外主动热防护装置及箱内主动冷却装置，贮存箱用于贮存低温液体；箱外主动热防护装置设置于贮存箱的外部，用于利用循环介质对贮存箱的外壁进行循环冷却；箱内主动冷却装置设置于贮存箱的内部，用于对贮存箱内的低温流体进行循环冷却和控制箱内压力。该方法包括：利用循环介质在设置在贮存箱外的箱外主动热防护装置中循环，对贮存箱的外侧进行冷却；贮存箱中贮存的低温液体在设置在贮存箱内的箱内主动冷却装置中循环，对贮存箱内的低温气体和液体进行冷却，降低箱内压力。本发明专利技术通过内外双重主动的方式对贮存箱进行冷却，实现了低温液体长期在轨的零蒸发贮存。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及航空航天
，特别涉及一种用于长期在轨贮存低温液体的装置及其冷却方法。
技术介绍
低温推进剂长时间在轨贮存技术可以应用于上面级、探月、深空探测器、空间燃料站等多个航天领域。低温推进剂(如本专利技术的目标对象液氧)的特点是具有较低的沸点，尽管绝热技术的发展能使低温贮箱的绝热性能达到很高的水平，但还是或多或少会存在蒸发，致使箱内压力上升。为确保低温贮箱的安全，当箱内压力上升到一定值时，传统的方式是通过排气，对箱内液体冷却的同时控制贮箱内压力。但是定期的排气使得航天器在长时间的在轨运行中，低温液体会大量损失，低温液体利用率会大大减小。另外，在太空环境中，低温液体的排放存在着其他潜在危险。首先，微重力环境使气液界面不确定，若无气液分离器，排气过程中将有大量液体被排出。其次，排出的气体由于微重力的影响会弥漫在航天器周围，如果是易燃易爆的低温推进剂，将严重危害航天器以及宇航员的安全。另外，定期的排放使低温液体的携带量需要远远大于额定需液量，这就直接影响到贮箱的质量，增加了运行负荷，大大增加了发射费用。因此，急需提供一种有效减少低温液体蒸发、减少携带量，进而降低发射费用的用于贮存低温液体的装置。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术中存在的问题，提出一种用于长期在轨贮存低温液体的装置及其冷却方法，采用箱外主动热防护和箱内主动冷却的联合运行，实现冷量的高效利用，实现了低温液体长期在轨的零蒸发存储，减少了低温液体携带量，节省了发射费用。为解决上述技术问题，本专利技术是通过如下技术方案实现的：本专利技术提供一种用于长期在轨贮存低温液体的装置，其包括：贮存箱、箱外主动热防护装置以及箱内主动冷却装置，所述贮存箱用于贮存低温液体；所述箱外主动热防护装置设置于所述贮存箱的外部，用于利用循环介质对所述贮存箱的外壁进行循环冷却；所述箱内主动冷却装置设置于所述贮存箱的内部，用于对所述贮存箱的内部的低温液体进行循环冷却。较佳地，所述箱外主动热防护装置包括：冷却管路、驱动装置以及第一级低温制冷单元；其中，所诉冷却管路设置在所述贮存箱的外侧，所述冷却管路的一端与所述驱动装置相连，另一端与所述第一级低温制冷单元相连，所述驱动装置与所述第一级低温制冷单元相连；所述冷却管路与所述驱动装置以及所述第一级低温制冷单元组成第一循环回路，所述循环介质在所述第一循环回路中循环。较佳地，所述冷却管路包括多根冷却管，所述多根冷却管沿所述贮存箱的外壁为等距分布。较佳地，所述第一低温制冷单元与所述贮存箱之间的管路上设置有第一温度传感器，和/或所述驱动装置与所述第一级低温制冷单元之间的管路上设置有第二温度传感器；设置第一温度传感器和第二温度传感器可以实时采集贮存箱所述第一循环回路中的工况数据，根据其采集的温度信息可以对贮存箱所述第一循环回路中循环工质的状态进行实时监控，对冷却系统进行实时控制。较佳地，所述贮存箱的外侧设置有绝热结构，所述冷却管路位于所述贮存箱和所述绝热结构之间。较佳地，所述箱内主动冷却装置包括：喷杆、低温循环泵以及第二级低温制冷单元；其中，所述喷杆的顶端位于所述贮存箱中，所述喷杆的底端从所述贮存箱中穿出与所述第二级低温制冷单元相连，所述第二级低温制冷单元与所述贮存箱相连；所述贮存箱、所述喷杆以及所述第二级低温制冷单元组成第二循环回路，所述低温液体在所述第二循环回路中循环，所述低温循环泵设置在所述第二循环回路的位于所述贮存箱外的部分，用于将所述低温液体从所述贮存箱中抽出。采用喷杆式强制循环冷却系统，不仅能对贮存箱内的低温液体进行冷却，还能起到混流的作用，打破贮存箱内存在的热分层现象。较佳地，所述喷杆上的多个孔的方向不同，且多个孔沿所述贮存箱从上至下的间距越来越大。较佳地，所述喷杆上设置有压力传感器；当所述压力传感器监测到的压力大于等于预设的阈值上限时，所述箱内主动冷却装置开启；当所述压力传感器监测到的压力小于等于预设的阈值下限时，所述箱内主动冷却装置关闭，如此循环。采用压力传感器实现了对箱内主动冷却装置的智能控制，不仅实现了对低温液体的冷却，还能够使贮存箱内的压力始终保持在理想状态，延长了贮存箱的使用寿命。较佳地，所述喷杆上设置有第三温度传感器，其可以实时采集贮存箱的工况数据，根据其采集的温度信息可以对贮存箱的工作状态进行实时监控，可以对冷却系统进行实时控制。较佳地，所述箱外主动热防护装置的第一级低温制冷单元和所述箱内主动冷却装置的第二级低温制冷单元为同一低温制冷机的两级。较佳地，所述第一循环回路中的循环工质可以为氮气、氖气、氦气等低温气体。本专利技术还提供一种用于长期在轨贮存低温液体的装置的冷却方法，其包括以下流程：S11：利用循环介质在设置在贮存箱外的箱外主动热防护装置中循环，对贮存箱的外壁进行冷却；S12：所述贮存箱中贮存的低温液体在设置在贮存箱内的箱内主动冷却装置中循环，对所述贮存箱内的所述低温液体进行冷却。所述流程S11和流程S12不分先后顺序。较佳地，所述流程S12采用间隙式运行方式，当所述贮存箱内的压力大于等于预设的阈值上限时，开启箱内主动冷却装置；当所述贮存箱内的压力小于等于预设的阈值下限时，关闭所述箱内主动冷却装置。相较于现有技术，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术提供的用于贮存低温液体的装置及其冷却方法，采用箱外主动热防护和箱内主动冷却的联合运行，实现冷量的高效利用，实现了低温液体长期在轨的零蒸发存储，大大提高了低温液体的利用率，与常规的排气系统相比，减少了低温液体的携带量，进而减小了运行负荷，节省了发射费用；(2)本专利技术一方面采用箱外主动热防护装置提供隔热防护，减少贮存箱的漏热量；另一方面采用箱内主动冷却系统对贮存箱内由于漏热逐渐升高的压力进行控制，实现了低温液体长期在轨的零蒸发存储，降低了因为排气带来的安全隐患；(3)本专利技术的箱内主动冷却装置采用喷杆式强制循环冷却，其能对贮存箱内低温液体进行冷却的同时，还能起到混流作用，打破贮存箱内存在的热分层现象，达到更好的冷却效果。当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。附图说明下面结合附图对本专利技术的实施方式作进一步说明：图1为本专利技术的实施例1用于长期在轨贮存低温液体的装置的结构示意图；图2为本专利技术的实施例2的箱内主动冷却装置的结构示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于长期在轨贮存低温液体的装置，其特征在于，包括：贮存箱、箱外主动热防护装置以及箱内主动冷却装置，所述贮存箱用于贮存低温液体；所述箱外主动热防护装置设置于所述贮存箱的外部，用于利用循环介质对所述贮存箱的外壁进行循环冷却；所述箱内主动冷却装置设置于所述贮存箱的内部，用于对所述贮存箱的内部的低温液体进行循环冷却。

【技术特征摘要】
1.一种用于长期在轨贮存低温液体的装置，其特征在于，包括：贮存箱、
箱外主动热防护装置以及箱内主动冷却装置，
所述贮存箱用于贮存低温液体；
所述箱外主动热防护装置设置于所述贮存箱的外部，用于利用循环介质
对所述贮存箱的外壁进行循环冷却；
所述箱内主动冷却装置设置于所述贮存箱的内部，用于对所述贮存箱的
内部的低温液体进行循环冷却。
2.根据权利要求1所述的用于长期在轨贮存低温液体的装置，其特征在
于，所述箱外主动热防护装置包括：冷却管路、驱动装置以及两级低温制冷
机的第一级制冷单元；其中，
所诉冷却管路设置在所述贮存箱的外侧，所述冷却管路的一端与所述驱
动装置相连，另一端与所述第一级低温制冷单元相连，所述驱动装置与所述
第一级低温制冷单元相连；
所述冷却管路与所述驱动装置以及所述第一级低温制冷单元组成第一循
环回路，所述循环介质在所述第一循环回路中循环。
3.根据权利要求2所述的用于长期在轨贮存低温液体的装置，其特征在
于，所述冷却管路包括多根冷却管，所述多根冷却管沿所述贮存箱的外壁为
等距分布。
4.根据权利要求2所述的用于长期在轨贮存低温液体的装置，其特征在
于，所述第一低温制冷单元与所述贮存箱之间的管路上设置有第一温度传感
器，和/或所述驱动装置与所述第一级低温制冷单元之间的管路上设置有第二
温度传感器。
5.根据权利要求2所述的用于贮存低温液体的装置，其特征在于，所述
贮存箱的外侧设置有绝热结构，所述冷却管路位于所述贮存箱和所述绝热结

\t构之间。
6.根据权利要求1所述的用于长期在轨贮存低温液体的装置，其特征在
于，所述箱内主动冷却装置包括：喷杆、低温循环泵以及第二级低温制冷单
元；其中，
所述喷杆的顶端位于所述贮存箱中，所述喷杆的底端从所述贮存箱中穿
出与所述第二级低温制冷单元相连，所述第二级低温制冷单元与所述贮存箱
相连；
所述贮存箱、所述喷杆以及所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：耑锐，王博杰，王文，何鹏，赵栋梁，张亮，
申请(专利权)人：上海宇航系统工程研究所，上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31