用于液态甲烷过冷的冷却装置及冷却系统制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种用于液态甲烷过冷的冷却装置及冷却系统。冷却装置包括：输入模块、冷却模块和输出模块；其中待冷却的液态甲烷从所述输入模块输入，并在所述冷却模块中完成与冷却介质的热交换后，从所述输出模块输出。所述冷却模块包括管程和壳程，待冷却的液态甲烷进入所述管程和所述壳程中的一个，且冷却介质进入所述管程和所述壳程中的另一个。用于容纳冷却介质的所述管程和所述壳程之一设有压力调节结构，该压力调节机构用于将冷却介质所处的气枕压力调节到设定范围内。本实用新型专利技术的液态甲烷过冷的冷却装置及冷却系统，通过控制冷却介质的气枕压力，可以降低冷却介质的挥发，改善液态甲烷的冷却效果，从而提高火箭发动机的性能。

Cooling device and cooling system for supercooling of liquid methane

【技术实现步骤摘要】
用于液态甲烷过冷的冷却装置及冷却系统
本技术涉及火箭推进剂冷却
，尤其涉及一种用于液态甲烷过冷的冷却装置及冷却系统。
技术介绍
液氧甲烷推进剂以其低成本、无污染、易获取等特点，在商业航天中有着较为广阔的应用前景。目前，国外的私营航天公司包括SPACEX和蓝色起源等已经在其运载火箭中应用了液氧甲烷火箭发动机，以液氧甲烷为推进剂的液体火箭在国内尚无应用先例。液体推进剂在火箭发动机燃烧过程会释放出大量热量，这种高热环境给火箭发动机相关部件(如推力室)带来较大的安全隐患。过冷的液态甲烷有利于发动机启动，降低涡轮泵泵前压力，改善对发动机的预冷效果。亟需提供一种适用于液态甲烷冷却的方法，从而为液氧甲烷推进剂用于液体运载火箭打下基础。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种液态甲烷过冷的冷却装置及冷却系统，其中，冷却装置通过压力调节结构控制冷却介质的气枕压力在一定范围内，可以有效避免被冷却的液态甲烷凝固，改善冷却效果。本技术的一个方面提供了一种用于液态甲烷过冷的冷却装置，包括：输入模块、冷却模块和输出模块；其中待冷却的液态甲烷从所述输入模块输入，并在所述冷却模块中完成与冷却介质的热交换后，从所述输出模块输出；所述冷却模块包括管程和壳程，待冷却的液态甲烷进入所述管程和所述壳程中的一个，且冷却介质进入所述管程和所述壳程中的另一个；用于容纳冷却介质的所述管程和所述壳程之一设有压力调节结构，该压力调节机构用于将冷却介质所处的气枕压力调节到设定范围内。在一个实施例中，所述压力调节结构包括压力传感器、第一控制器和排气阀；其中所述压力传感器用于检测气枕压力，所述第一控制器用于根据检测到的气枕压力与设定压力范围的关系，控制排气阀的开关；在所述气枕压力大于设定压力范围上限时，所述第一控制器控制排气阀打开，在气枕压力小于设定压力范围下限时，所述第一控制器控制排气阀关闭。在一个实施例中，所述输入模块包括分流阀、第一管路和第二管路；其中所述分流阀用于将待冷却的液态甲烷分流到所述第一管路和所述第二管路；其中所述第一管路的液态甲烷进入所述冷却模块完成与冷却介质的热交换后与直接进入所述输出模块的所述第二管路的液态甲烷混合。在一个实施例中，所述第一管路设有第一流量调节阀，所述第二管路设有第二流量调节阀，所述混合包括温度传感器、第二控制器；所述温度传感器用于检测混合后的液态甲烷温度，所述第二控制器用于根据检测温度与设定温度的关系，调节所述第一流量调节阀和所述第二流量调节阀的流量；在所述检测温度高于设定温度上限时，所述第二控制器增加所述第一流量调节阀的开度和/或减小所述第二流量调节阀的开度。在一个实施例中，冷却装置还包括冷却介质预混模块；所述冷却介质预混模块包括第三管路、第四管路、设于第三管路的加热器以及混合管路；冷却介质分流至所述第三管路和所述第四管路，进入所述第三管路的经所述加热器升温后，在所述混合管路与所述第四管路的冷却介质混合，从而混合后的冷却介质用于在所述冷却模块对待冷却的液态甲烷进行冷却。在一个实施例中，所述冷却介质预混模块还包括温度传感器、第三控制器、第三流量阀及第四流量阀；其中所述第三流量调节阀设置于所述第三管路，所述第四流量调节阀设于所述第四管路；所述温度传感器用于检测混合后冷却介质的温度，所述第三控制器根据所述温度控制所述第三流量调节阀和/或所述第四流量调节阀的开度；其中在混合温度大于设定范围时，所述第三控制器减小所述第三流量调节阀的开度和/或增大所述第四流量调节阀的开度，且在混合温度小于设定范围时，所述第三控制器增大所述第三流量调节阀的开度和/或减小所述第四流量调节阀的开度。在一个实施例中，所述冷却介质预混模块还包括温度传感器、第三控制器以及第四流量调节阀；其中所述第四流量调节阀设置于所述第四管路，所述温度传感器用于检测混合后冷却介质的温度，所述第三控制器根据所述温度控制所述第四流量调节阀的开度；其中在混合温度大于设定范围时，所述第三控制器增大所述第四流量调节阀的开度，且在混合温度小于设定范围时，所述控制器减小所述第四流量调节阀的开度或关闭所述第四流量调节阀。在一个实施例中，所述介质预混模块还包括总阀，所述第三管路和所述第四管路均连接至所述总阀，从而所述总阀用于控制进入所述第三管路和所述第四管路的冷却介质流量；所述冷却模块的壳程用于容纳冷却介质，所述壳程设有液位计、第四控制器；所述液位计用于检测壳程内冷却介质的液位高度，所述第四控制器用于根据检测的液位高度调整所述总阀的开度，以使所述壳程内的冷却介质的液位高度在设定范围内。在一个实施例中，所述冷却模块为釜式再沸器，且液态甲烷进入所述釜式再沸器的管程，冷却介质进入所述釜式再沸器的壳程。本技术的另一个方面提供了一种冷却系统，包括如上所述的冷却装置。本技术实施例的的冷却装置及过冷系统至少具有如下之一的效果：(1)本技术实施例的冷却装置，通过设置压力调节机构，可以使冷却介质的气枕压力维持在某一区间，从而减少冷却介质在冷却过程中的挥发，从而缓解液态甲烷在冷却过程中的凝固现象。(2)本技术实施例的冷却装置，通过提供液态甲烷流动的两个流路，并对其中一个管路中的液态甲烷进行冷却，可以更好的控制混合后液态甲烷的温度，改善冷却效果。(3)本技术实施例的冷却装置，通过使冷却介质分为两个管路，并对其中一个管路进行加热处理，进而以混合后的冷却介质对液态甲烷进行冷却，可以方便地调节冷却介质的温度。应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本技术所欲主张的范围。附图说明下面的附图是本技术的说明书的一部分，其绘示了本技术的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本技术的原理。图1-5为本技术实施例的冷却装置的示意图。图6为本技术实施例的液态甲烷过冷方法的流程图。图7为本技术实施例的过冷方法中混合液态甲烷温控流程图。图8为本技术实施例的过冷方法中混合冷却介质生成流程图。图9为本技术实施例的过冷方法中液氮所在的壳程气枕压力控制流程图。具体实施方式现详细说明本技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本技术的限制，而应理解为是对本技术的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。在不背离本技术的范围或精神的情况下，可对本技术说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本技术的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。本技术的一个方面提供了一种用于液态甲烷过冷的冷却装置。参见图1，冷却装置包括：输入模块10、冷却模块20和输出模块30。其中待冷却的液态甲烷从输入模块10输入，并在冷却模块20中完成与冷却介质的热交换后，从输出模块30输出。冷却模块20包括管程和壳程，待冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于液态甲烷过冷的冷却装置，其特征在于，包括：输入模块、冷却模块和输出模块；/n其中待冷却的液态甲烷从所述输入模块输入，并在所述冷却模块中完成与冷却介质的热交换后，从所述输出模块输出；/n所述冷却模块包括管程和壳程，待冷却的液态甲烷进入所述管程和所述壳程中的一个，且冷却介质进入所述管程和所述壳程中的另一个；/n用于容纳冷却介质的所述管程和所述壳程之一设有压力调节结构，该压力调节机构用于将冷却介质所处的气枕压力调节到设定范围内。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于液态甲烷过冷的冷却装置，其特征在于，包括：输入模块、冷却模块和输出模块；
其中待冷却的液态甲烷从所述输入模块输入，并在所述冷却模块中完成与冷却介质的热交换后，从所述输出模块输出；
所述冷却模块包括管程和壳程，待冷却的液态甲烷进入所述管程和所述壳程中的一个，且冷却介质进入所述管程和所述壳程中的另一个；
用于容纳冷却介质的所述管程和所述壳程之一设有压力调节结构，该压力调节机构用于将冷却介质所处的气枕压力调节到设定范围内。


2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述压力调节结构包括压力传感器、第一控制器和排气阀；
其中所述压力传感器用于检测气枕压力，所述第一控制器用于根据检测到的气枕压力与设定压力范围的关系，控制排气阀的开关；在所述气枕压力大于设定压力范围上限时，所述第一控制器控制排气阀打开，在气枕压力小于设定压力范围下限时，所述第一控制器控制排气阀关闭。


3.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述输入模块包括分流阀、第一管路和第二管路；其中所述分流阀用于将待冷却的液态甲烷分流到所述第一管路和所述第二管路；
其中所述第一管路的液态甲烷进入所述冷却模块完成与冷却介质的热交换后与直接进入所述输出模块的所述第二管路的液态甲烷混合。


4.根据权利要求3所述的冷却装置，其特征在于，所述第一管路设有第一流量调节阀，所述第二管路设有第二流量调节阀，所述输出模块包括温度传感器、第二控制器；
所述温度传感器用于检测混合后的液态甲烷温度，所述第二控制器用于根据检测温度与设定温度的关系，调节所述第一流量调节阀和所述第二流量调节阀的流量；在所述检测温度高于设定温度上限时，所述第二控制器增大所述第一流量调节阀的开度和/或减小所述第二流量调节阀的开度。


5.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，还包括冷却介质预混模块；
所述冷却介质预混模块包括第三管路、第四管路、设于第三管路的加热器以及混合管路；冷却介质分流至所述第三管路和所述第四管路，进入所述第三管路的经所述加热器升温后，在所述混合管路与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵立乔，袁文，张亚民，陈薇，吴雪，李永俊，南铁玲，韩召洋，张瑜，张彦杰，
申请(专利权)人：蓝箭航天空间科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11