氣等低溫氣體。
[0050]本實(shí)施例中，箱內(nèi)主動(dòng)冷卻裝置包括:噴桿31、低溫循環(huán)栗32以及第二級低溫制冷單元33。其中，噴桿31垂直放置在貯存箱I內(nèi)，噴桿的頂端頂?shù)劫A存箱的頂部，噴桿31的底端從貯存箱I的底部穿出，通過管道連接到設(shè)置在貯存箱I外部的第二級低溫制冷單元33，第二級低溫制冷單元33還與貯存箱I的底部相連，貯存箱1、第二級低溫制冷單元33以及噴桿31組成第二循環(huán)回路，低溫循環(huán)栗32設(shè)置在第二級循環(huán)回路的位于貯存箱外的管道上，低溫循環(huán)栗32將貯存箱I內(nèi)的低溫液體抽出貯存箱I，在第二級低溫制冷單元33中進(jìn)行換熱，被冷卻后的過冷低溫液體通過噴桿31噴射回貯存箱I中，以如此循環(huán)的方式對貯存箱I內(nèi)的低溫液體進(jìn)行冷卻，并冷卻和冷凝氣體，降低貯存箱I內(nèi)的壓力。
[0051]本實(shí)施例中，為了高效利用制冷量，節(jié)省空間，簡化結(jié)構(gòu)，第一級低溫制冷單元23和第二級低溫制冷單元33為同一低溫制冷機(jī)4的兩級，低溫制冷機(jī)4的散熱器5也只需設(shè)置一個(gè)。
[0052]專利號為:US2013174583A1，名稱為:methodfor storing cryogenic fluid instorage vessel的美國專利公開了一種貯箱內(nèi)低溫流體貯存方法，其采用的是將一部分低溫液體抽出，通過換熱器與更低溫的冷卻工質(zhì)(以液氮為例)換熱，冷卻后的低溫液體返回貯箱中，以實(shí)現(xiàn)對貯箱內(nèi)壓力與溫度的控制，但是此種方法并未考慮到低溫貯箱內(nèi)會存在熱分層的現(xiàn)象，單純的冷卻，無法破壞熱分層，使用此種方法進(jìn)行冷卻的效果不是很理想。此外，在其他文獻(xiàn)中，有人提出通過熱管與混合栗結(jié)合的方法來實(shí)現(xiàn)低溫貯箱的冷卻和混流，但此種方法加入了運(yùn)動(dòng)裝置，增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。本發(fā)明的箱內(nèi)主動(dòng)冷卻裝置采用噴桿強(qiáng)制循環(huán)冷卻方式來實(shí)現(xiàn)貯存箱的低溫液體的冷卻和混流，打破了熱分層的現(xiàn)象，冷卻效果好，且沒有加入運(yùn)動(dòng)裝置，系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)。
[0053]較佳實(shí)施例中，貯存箱I的外部還設(shè)置有絕熱結(jié)構(gòu)，冷卻管路21設(shè)置在貯存箱I的外壁和絕熱結(jié)構(gòu)之間，為了增強(qiáng)隔熱效果，絕熱結(jié)構(gòu)可以包括多層。
[0054]實(shí)施例2:
[0055]本實(shí)施例是在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，對噴桿31上的噴孔的設(shè)置進(jìn)行了改進(jìn)，噴桿31上的噴孔設(shè)置方式為:在噴桿31的四個(gè)方向上各開數(shù)個(gè)噴孔，噴孔從上至下為非等距的，從上至下，孔數(shù)越來越稀疏，其透視圖如圖2所示，這樣設(shè)置的好處是:因?yàn)闅庹淼奈恢猛ǔＮ挥谫A箱上方，噴孔這樣的布置以便于更多的過冷液體進(jìn)入氣枕與氣相換熱，達(dá)到更有效更快速地控壓效果;另一方面，即使噴桿下部噴孔布置較疏，也還是能對液氧起到混流破壞溫度分層的作用。
[0056]實(shí)施例3:
[0057]本實(shí)施例是在實(shí)施例1或?qū)嵤├?的基礎(chǔ)上增加了溫度傳感器和壓力傳感器，以對系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行控制和監(jiān)測，具體設(shè)置位置如圖3所示，在冷卻管路和第一級低溫制冷單元之間設(shè)置第一溫度傳感器Tl，在驅(qū)動(dòng)裝置和第一級低溫制冷單元之間設(shè)置第二溫度傳感器T2。
[0058]另外，在噴桿上設(shè)置第三溫度傳感器T3和壓力傳感器P，當(dāng)壓力傳感器P監(jiān)測到的壓力大于等于預(yù)設(shè)的閾值上限，即貯存箱I內(nèi)的壓力上升到貯存箱I的承壓上限時(shí)，箱內(nèi)主動(dòng)冷卻裝置開啟，冷卻箱內(nèi)低溫液體并降低貯存箱I內(nèi)的壓力，當(dāng)壓力傳感器P監(jiān)測到的壓力小于等于預(yù)設(shè)的閾值下限，即貯存箱I內(nèi)的壓力降至安全壓力以下時(shí)，箱內(nèi)主動(dòng)冷卻裝置停止運(yùn)行，如此循環(huán)往復(fù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對貯存箱I內(nèi)的低溫流體的冷卻與壓力控制。貯存箱I的上部區(qū)域?yàn)闅鈭F(tuán)區(qū)，該部分的壓力上升、下降快，能夠更好的反映貯存箱I內(nèi)的壓力變化，所以將壓力傳感器P設(shè)置在該部分，能夠更好地監(jiān)測貯存箱I內(nèi)的壓力變換。
[0059]實(shí)施例4:
[0060]本實(shí)施例對本發(fā)明的用于貯存低溫液體的裝置的冷卻方法進(jìn)行詳細(xì)描述，其包括以下流程:
[0061]Sll:利用循環(huán)介質(zhì)在設(shè)置在貯存箱外的箱外主動(dòng)熱防護(hù)裝置中循環(huán)，對貯存箱的外壁進(jìn)行冷卻；
[0062]S12:所述貯存箱中貯存的低溫液體在設(shè)置在貯存箱內(nèi)的箱內(nèi)主動(dòng)冷卻裝置中循環(huán)，對所述貯存箱內(nèi)的低溫液體進(jìn)行冷卻。
[0063]流程Sll和流程S12不分先后順序，可以同時(shí)運(yùn)行，也可以先后進(jìn)行。
[0064]較佳實(shí)施例中，流程Sll采用間隙式運(yùn)行方式，當(dāng)貯存箱內(nèi)的壓力大于等于預(yù)設(shè)的閾值上限時(shí)，開啟箱內(nèi)主動(dòng)冷卻裝置；當(dāng)貯存箱內(nèi)的壓力小于等于預(yù)設(shè)的閾值下限時(shí)，關(guān)閉所述箱內(nèi)主動(dòng)冷卻裝置。這樣設(shè)置能夠?qū)①A存箱內(nèi)的壓力保持在一定范圍內(nèi)，且間隔運(yùn)行能夠節(jié)省能源。
[0065]此處公開的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本說明書選取并具體描述這些實(shí)施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，并不是對本發(fā)明的限定。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在說明書范圍內(nèi)所做的修改和變化，均應(yīng)落在本發(fā)明所保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于長期在軌貯存低溫液體的裝置，其特征在于，包括:貯存箱、箱外主動(dòng)熱防護(hù)裝置以及箱內(nèi)主動(dòng)冷卻裝置， 所述貯存箱用于貯存低溫液體； 所述箱外主動(dòng)熱防護(hù)裝置設(shè)置于所述貯存箱的外部，用于利用循環(huán)介質(zhì)對所述貯存箱的外壁進(jìn)行循環(huán)冷卻； 所述箱內(nèi)主動(dòng)冷卻裝置設(shè)置于所述貯存箱的內(nèi)部，用于對所述貯存箱的內(nèi)部的低溫液體進(jìn)行循環(huán)冷卻。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于長期在軌貯存低溫液體的裝置，其特征在于，所述箱外主動(dòng)熱防護(hù)裝置包括:冷卻管路、驅(qū)動(dòng)裝置以及兩級低溫制冷機(jī)的第一級制冷單元;其中， 所訴冷卻管路設(shè)置在所述貯存箱的外側(cè)，所述冷卻管路的一端與所述驅(qū)動(dòng)裝置相連，另一端與所述第一級低溫制冷單元相連，所述驅(qū)動(dòng)裝置與所述第一級低溫制冷單元相連； 所述冷卻管路與所述驅(qū)動(dòng)裝置以及所述第一級低溫制冷單元組成第一循環(huán)回路，所述循環(huán)介質(zhì)在所述第一循環(huán)回路中循環(huán)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于長期在軌貯存低溫液體的裝置，其特征在于，所述冷卻管路包括多根冷卻管，所述多根冷卻管沿所述貯存箱的外壁為等距分布。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于長期在軌貯存低溫液體的裝置，其特征在于，所述第一低溫制冷單元與所述貯存箱之間的管路上設(shè)置有第一溫度傳感器，和/或所述驅(qū)動(dòng)裝置與所述第一級低溫制冷單元之間的管路上設(shè)置有第二溫度傳感器。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于貯存低溫液體的裝置，其特征在于，所述貯存箱的外側(cè)設(shè)置有絕熱結(jié)構(gòu)，所述冷卻管路位于所述貯存箱和所述絕熱結(jié)構(gòu)之間。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于長期在軌貯存低溫液體的裝置，其特征在于，所述箱內(nèi)主動(dòng)冷卻裝置包括:噴桿、低溫循環(huán)栗以及第二級低溫制冷單元;其中， 所述噴桿的頂端位于所述貯存箱中，所述噴桿的底端從所述貯存箱中穿出與所述第二級低溫制冷單元相連，所述第二級低溫制冷單元與所述貯存箱相連； 所述貯存箱、所述噴桿以及所述第二級低溫制冷單元組成第二循環(huán)回路，所述低溫液體在所述第二循環(huán)回路中循環(huán)，所述低溫循環(huán)栗設(shè)置在所述第二循環(huán)回路的位于所述貯存箱外的部分，用于將所述低溫液體從所述貯存箱中抽出。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于長期在軌貯存低溫液體的裝置，其特征在于，所述噴桿上的多個(gè)孔的方向不同，且多個(gè)孔沿所述貯存箱從上至下的間距越來越大。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于長期在軌貯存低溫液體的裝置，其特征在于，所述噴桿上設(shè)置有壓力傳感器； 當(dāng)所述壓力傳感器監(jiān)測到的壓力大于等于預(yù)設(shè)的閾值上限時(shí)，所述箱內(nèi)主動(dòng)冷卻裝置開啟；當(dāng)所述壓力傳感器監(jiān)測到的壓力小于等于預(yù)設(shè)的閾值下限時(shí)，所述箱內(nèi)主動(dòng)冷卻裝置關(guān)閉，如此循環(huán)。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于長期在軌貯存低溫液體的裝置，其特征在于，所述噴桿上設(shè)置有第三溫度傳感器。10.根據(jù)權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)所述的用于長期在軌貯存低溫液體的裝置，其特征在于，所述箱外主動(dòng)熱防護(hù)裝置的第一級低溫制冷單元和所述箱內(nèi)主動(dòng)冷卻裝置的第二級低溫制冷單元為同一低溫制冷機(jī)的兩級。11.根據(jù)權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)所述的用于貯存低溫液體的裝置，其特征在于，所述循環(huán)工質(zhì)為低溫氣體。12.—種用于長期在軌貯存低溫液體的裝置的冷卻方法，其特征在于，包括以下流程: Sll:利用循環(huán)介質(zhì)在設(shè)置在貯存箱外的箱外主動(dòng)熱防護(hù)裝置中循環(huán)，對貯存箱的外壁進(jìn)行冷卻； S12:所述貯存箱中貯存的低溫液體在設(shè)置在貯存箱內(nèi)的箱內(nèi)主動(dòng)冷卻裝置中循環(huán)，對所述貯存箱內(nèi)的所述低溫液體進(jìn)行冷卻。 所述流程Sll和流程S12不分先后順序。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于長期在軌貯存低溫液體的裝置的冷卻方法，其特征在于，所述流程S12采用間隙式運(yùn)行方式，當(dāng)所述貯存箱內(nèi)的壓力大于等于預(yù)設(shè)的閾值上限時(shí)，開啟箱內(nèi)主動(dòng)冷卻裝置;當(dāng)所述貯存箱內(nèi)的壓力小于等于預(yù)設(shè)的閾值下限時(shí)，關(guān)閉所述箱內(nèi)主動(dòng)冷卻裝置。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于長期在軌貯存低溫液體的裝置及其冷卻方法，該裝置包括：貯存箱、箱外主動(dòng)熱防護(hù)裝置及箱內(nèi)主動(dòng)冷卻裝置，貯存箱用于貯存低溫液體；箱外主動(dòng)熱防護(hù)裝置設(shè)置于貯存箱的外部，用于利用循環(huán)介質(zhì)對貯存箱的外壁進(jìn)行循環(huán)冷卻；箱內(nèi)主動(dòng)冷卻裝置設(shè)置于貯存箱的內(nèi)部，用于對貯存箱內(nèi)的低溫流體進(jìn)行循環(huán)冷卻和控制箱內(nèi)壓力。該方法包括：利用循環(huán)介質(zhì)在設(shè)置在貯存箱外的箱外主動(dòng)熱防護(hù)裝置中循環(huán)，對貯存箱的外側(cè)進(jìn)行冷卻；貯存箱中貯存的低溫液體在設(shè)置在貯存箱內(nèi)的箱內(nèi)主動(dòng)冷卻裝置中循環(huán)，對貯存箱內(nèi)的低溫氣體和液體進(jìn)行冷卻，降低箱內(nèi)壓力。本發(fā)明通過內(nèi)外雙重主動(dòng)的方式對貯存箱進(jìn)行冷卻，實(shí)現(xiàn)了低溫液體長期在軌的零蒸發(fā)貯存。
【IPC分類】F17C1/00, F17C13/00, B64G1/40
【公開號】CN105674038
【申請?zhí)枴緾N201610105353
【發(fā)明人】耑銳, 王博杰, 王文, 何鵬, 趙棟梁, 張亮
【申請人】上海宇航系統(tǒng)工程研究所, 上海交通大學(xué)
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年2月25日