【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及运载火箭低温加注，更具体地说，涉及一种甲烷过冷加注系统和甲烷过冷加注方法。
技术介绍
1、液态甲烷作为一种低温推进剂，在液体火箭发动机领域具有可工程化难度小、性能指标优异、环保无污染等优点，伴随着航天事业的发展，液态甲烷已成为航天领域广泛应用的推进剂。而如何实现液态甲烷的高效转运和存储，也成为民用航天降低发射成本、实现技术跨越的重要课题。现有技术中将液态甲烷过冷致密化以缓解因温度分层带来的存储不便，从而提高低温推进剂的存储及利用的品质。
2、在低温推进剂的过冷中，液氮是最常见的冷源。对于液态甲烷推进剂，由于液氮的饱和温度低于液态甲烷的冻结温度，导致过冷过程中甲烷容易出现结冰的情况，而一旦甲烷结冰，其结冰形成的固态颗粒进入火箭贮箱后将影响发射任务的顺利进行。甲烷作为航天发射领域新采用的一种低温推进剂，目前对甲烷过冷加注系统的研究相对较少。
3、因此，如何防止甲烷过冷加注过程中出现结冰的问题，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种甲烷过冷加注系统，以防止甲烷过冷加注过程中出现结冰的问题。
2、本专利技术的另一目的在于提供一种通过上述的甲烷过冷加注系统进行甲烷加注的甲烷过冷加注方法。
3、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
4、一种甲烷过冷加注系统，用于将液甲烷供应装置内的液态甲烷加注到贮存容器内，包括用于提供换热气体的气体供应装置和用于提供液氮的
5、过冷器壳体，所述液氮供应装置与所述过冷器壳体连通，且所述过冷器壳体内设置有第一换热器和第二换热器，所述第一换热器的两端分别用于与所述液甲烷供应装置和所述贮存容器连通，所述第二换热器的两端分别与所述气体供应装置和大气连通；
6、增压组件，用于向所述过冷器壳体内的液氮增压。
7、其中，所述第一换热器与所述过冷器壳体组成第一换热结构，且液氮用于作为第一换热结构的冷源，液态甲烷用于作为所述第一换热结构的热源；所述第二换热器与所述过冷器壳体组成第二换热结构，且液氮用于作为第二换热结构的冷源，换热气体用于作为所述第二换热结构的热源。
8、可选地，在上述的甲烷过冷加注系统中，所述增压组件包括增压气源，所述增压气源与所述过冷器壳体连通，用于向所述过冷器壳体内通入增压气体，以增加所述过冷器壳体内部的压力。
9、可选地，在上述的甲烷过冷加注系统中，所述气体供应装置通过增压管道与所述过冷器壳体连通，并作为所述增压气源；
10、所述过冷器壳体上设置有用于泄压的泄压管道。
11、可选地，在上述的甲烷过冷加注系统中，所述液氮供应装置和所述过冷器壳体之间设置有用于输送液氮的增压泵；
12、所述增压泵和所述液氮供应装置之间连接有液氮输送管道，所述液氮输送管道上设置有第一截止阀。
13、可选地，在上述的甲烷过冷加注系统中，所述第一换热器用于通过第一输送管道与所述液甲烷供应装置连接，所述第一输送管道上设置有第二截止阀；和/或，
14、所述第一换热器用于通过第二输送管道与所述贮存容器连接，所述第二输送管道上设置有第三截止阀。
15、可选地，在上述的甲烷过冷加注系统中，所述第二输送管道靠近所述贮存容器的一端设置有过滤器和压差传感器。
16、可选地，在上述的甲烷过冷加注系统中，所述气体供应装置与所述第二换热器之间连接有第三输送管道，所述第三输送管道上设置有第四截止阀；
17、所述第二换热器通过第四输送管道与外界连通，所述第四输送管道上设置有第一调节阀。
18、可选地，在上述的甲烷过冷加注系统中，还包括测控系统，所述测控系统包括用于检测流出所述过冷器壳体的液态甲烷的温度和压力的第一检测组件，以及用于检测所述过冷器壳体内部的温度和压力的第二检测组件；和/或，
19、所述过冷器壳体上设置有液位传感器，所述液位传感器用于检测所述过冷器壳体内液氮的液位。
20、一种甲烷过冷加注方法，用于通过上述的甲烷过冷加注系统对所述贮存容器进行液态甲烷的加注，包括步骤：
21、液氮加注，所述液氮供应装置向所述过冷器壳体内输送液氮，直到液氮达到第一预设液位；
22、液氮增压，所述增压组件向所述过冷器壳体内部加压，直至所述过冷器壳体内达到第一预设压力；
23、液氮升温，通过所述第二换热结构加热所述过冷器壳体内的液氮，直至液氮达到预设温度；
24、甲烷过冷，通过所述第一换热结构过冷液态甲烷。
25、可选地，在上述的甲烷过冷加注方法中，所述过冷器壳体上设置有泄压阀；
26、在所述甲烷过冷步骤之后还包括泄压步骤，所述泄压步骤具体为当所述过冷器壳体内的压力升高至第二预设压力，所述泄压阀开启泄压，直至液氮降低至第二预设液位。
27、本专利技术提供的甲烷过冷加注系统用于将液甲烷供应装置内的液态甲烷过冷加注到贮存容器内，包括用于提供换热气体的气体供应装置和用于提供液氮的液氮供应装置，还包括过冷器壳体和增压组件，液氮供应装置与过冷器壳体连通，且过冷器壳体内部设置有第一换热器和第二换热器，第一换热器的两端分别用于与液甲烷供应装置和贮存容器连通，第二换热器的两端分别与气体供应装置和大气连通。其中，第一换热器与过冷器壳体组成第一换热结构，液氮用于作为第一换热结构的冷源，甲烷用于作为第一换热结构的热源；第二换热器与过冷器壳体组成第二换热结构，液氮用于作为第二换热结构的冷源，换热气体用于作为第二换热结构的热源。
28、增压组件用于向过冷器壳体内部的液氮增压，使得液氮具有更高的饱和温度，并可以被换热气体加热。液氮的饱和温度随着液氮压力的增大而增大，通过增压组件增加液氮的压力可使液氮的饱和温度由常压的77k上升至甲烷冰点(约90k)。在向过冷器壳体内通入液氮后，先向第二换热器内通入换热气体，以通过换热气体与液氮之间的温度差将过冷器壳体中的液氮温度升高到甲烷冰点，再向第一换热器内通入甲烷，通过甲烷和液氮之间的温度差对甲烷进行过冷，且甲烷过冷后的温度不低于甲烷的冰点，可避免甲烷冻结。
29、相较于现有技术，本专利技术提供的甲烷加注系统结构简单，运行可靠，能有效避免甲烷过冷加注过程中出现结冰的问题。
30、本专利技术提供的甲烷过冷加注方法用于通过上述的甲烷过冷加注系统对贮存容器进行液态甲烷的加注，包括液氮加注步骤、液氮增压步骤、液氮升温步骤和甲烷过冷步骤。液氮加注步骤具体为液氮供应装置向过冷器壳体内输送液氮，直到液氮达到第一预设液位，停止加注；液氮增压步骤具体为增压组件向过冷器壳体内的液氮加压，直至过冷器壳体内的液氮达到第一预设压力，且液氮在第一预设压力下的饱和温度接近甲烷的冰点；液氮升温步骤具体为通过第二换热结构加热过冷器壳体内的液氮，直至其达到预设温度；甲烷过冷步骤具体为通过第一换热结构过冷液态甲烷。液甲烷供应装置向第一换热器本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种甲烷过冷加注系统，用于将液甲烷供应装置(100)内的液态甲烷加注到贮存容器(110)内，其特征在于，包括用于提供换热气体的气体供应装置(130)和用于提供液氮的液氮供应装置(120)，还包括：
2.如权利要求1所述的甲烷过冷加注系统，其特征在于，所述增压组件包括增压气源，所述增压气源与所述过冷器壳体(200)连通，用于向所述过冷器壳体(200)内通入增压气体，以增加所述过冷器壳体(200)内部的压力。
3.如权利要求2所述的甲烷过冷加注系统，其特征在于，所述气体供应装置(130)通过增压管道与所述过冷器壳体(200)连通，并作为所述增压气源；
4.如权利要求1所述的甲烷过冷加注系统，其特征在于，所述液氮供应装置(120)和所述过冷器壳体(200)之间设置有用于输送液氮的增压泵(122)；
5.如权利要求1所述的甲烷过冷加注系统，其特征在于，所述第一换热器(210)用于通过第一输送管道与所述液甲烷供应装置(100)连接，所述第一输送管道上设置有第二截止阀(105)；和/或，
6.如权利要求5所述的甲烷过冷加注系统，
7.如权利要求1所述的甲烷过冷加注系统，其特征在于，所述气体供应装置(130)与所述第二换热器(220)之间连接有第三输送管道，所述第三输送管道上设置有第四截止阀(131)；
8.如权利要求1-7任意一项所述的甲烷过冷加注系统，其特征在于，还包括测控系统，所述测控系统包括用于检测流出所述过冷器壳体(200)的液态甲烷的温度和压力的第一检测组件，以及用于检测所述过冷器壳体(200)内部的温度和压力的第二检测组件；和/或，
9.一种甲烷过冷加注方法，其特征在于，用于通过如权利要求1～8任意一项所述的甲烷过冷加注系统对所述贮存容器(110)进行液态甲烷的加注，包括步骤：
10.如权利要求9所述的甲烷过冷加注方法，其特征在于，所述过冷器壳体(200)上设置有泄压阀(134)；
...【技术特征摘要】
1.一种甲烷过冷加注系统，用于将液甲烷供应装置(100)内的液态甲烷加注到贮存容器(110)内，其特征在于，包括用于提供换热气体的气体供应装置(130)和用于提供液氮的液氮供应装置(120)，还包括：
2.如权利要求1所述的甲烷过冷加注系统，其特征在于，所述增压组件包括增压气源，所述增压气源与所述过冷器壳体(200)连通，用于向所述过冷器壳体(200)内通入增压气体，以增加所述过冷器壳体(200)内部的压力。
3.如权利要求2所述的甲烷过冷加注系统，其特征在于，所述气体供应装置(130)通过增压管道与所述过冷器壳体(200)连通，并作为所述增压气源；
4.如权利要求1所述的甲烷过冷加注系统，其特征在于，所述液氮供应装置(120)和所述过冷器壳体(200)之间设置有用于输送液氮的增压泵(122)；
5.如权利要求1所述的甲烷过冷加注系统，其特征在于，所述第一换热器(210)用于通过第一输送管道与所述液甲烷供应装置(100)连接，所述第一输送管道上设置有第二...
【专利技术属性】
技术研发人员：王学科，何艳，郭强，郝春哲，李佳超，王舒皓，刘洋，项大林，田刚，荆慧强，刘旺，白学文，符菊梅，唐强，黄玲艳，刘忠明，刘聪聪，张国栋，
申请(专利权)人：海南国际商业航天发射有限公司，
类型：发明
国别省市：
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