一种液态甲烷的过冷加注系统、方法以及推进剂加注系统与流程

本发明涉及运载火箭低温加注，更具体地说，涉及一种液态甲烷的过冷加注系统、方法以及推进剂加注系统。

背景技术：

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。现有技术中通过将液态甲烷过冷致密化来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，导致过冷过程中液态甲烷容易出现结冰的情况，而一旦液态甲烷结冰，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。液态甲烷作为航天发射领域新采用的一种低温推进剂，目前对液态甲烷的过冷加注系统的研究相对较少。

3、因此，如何防止液态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，本发明的目的在于提供一种液态甲烷的过冷加注系统，以防止液态甲烷过冷加注过程中出现结冰的问题。

2、本发明的另一目的在于提供一种包括上述的液态甲烷的过冷加注系统的推进剂加注系统。

3、本发明的又一目的在于提供一种通过上述的液态甲烷的过冷加注系统进行液态甲烷加注的液态甲烷的过冷加注方法。

4、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

5、一种液态甲烷的过冷加注系统，用于将液态甲烷供应装置内的液态甲烷加注到贮箱内，包括：

6、液氧供应装置，用于提供液氧；

7、过冷器，与所述液氧供应装置连通，且所述过冷器的内部设置有换热器，所述换热器的两端分别用于与所述液态甲烷供应装置和所述贮箱连通，所述液氧供应装置用于将液氧加注至所述过冷器内，并对所述换热器内流通的液态甲烷进行过冷；

8、排放系统，与所述过冷器连通。

9、可选地，在上述的液态甲烷的过冷加注系统中，所述液氧供应装置和所述过冷器之间连接有液氧输送管道，所述液氧输送管道上设置有液氧输送调节阀；

10、所述过冷器上设置有液位检测传感器，所述液位检测传感器用于检测所述过冷器内液氧的液位；

11、当所述液位检测传感器检测到液氧达到第一预设液位时，所述液氧输送调节阀关闭，当所述液位检测传感器检测到液氧降低至第二预设液位时，所述液氧输送调节阀打开，且所述第一预设液位高于所述第二预设液位；

12、液氧加注过程中，所述过冷器与所述排放系统保持连通。

13、可选地，在上述的液态甲烷的过冷加注系统中，所述液氧供应装置上设置有液氧自增压管道，所述液氧自增压管道的两端均与所述液氧供应装置连通；

14、所述液氧自增压管道上设置有液氧自增压换热器和液氧自增压调节阀。

15、可选地，在上述的液态甲烷的过冷加注系统中，所述液氧自增压管道的第一端与所述液氧供应装置连通，第二端连通有第一支管和第二支管；

16、所述第一支管与所述液氧供应装置连通，且所述第一支管上设置有第一截止阀；

17、所述第二支管与所述过冷器连通，且所述第二支管上设置有第二截止阀。

18、可选地，在上述的液态甲烷的过冷加注系统中，所述换热器用于通过第一输送管道与所述液态甲烷供应装置连通，所述第一输送管道上设置有第三截止阀；和/或，

19、所述换热器用于通过第二输送管道与所述贮箱连通，所述第二输送管道上设置有第四截止阀。

20、可选地，在上述的液态甲烷的过冷加注系统中，所述第二输送管道上设置有过滤器和/或压差感应器；和/或，

21、所述第二输送管道上设置有用于检测液态甲烷温度的温度传感器。

22、可选地，在上述的液态甲烷的过冷加注系统中，还包括警报系统，所述警报系统包括甲烷浓度传感器，所述警报系统用于在所述甲烷浓度传感器检测到所述排放系统内的甲烷浓度达到报警值时报警和/或切断所述过冷器与所述液氧供应装置和所述液态甲烷供应装置的连通。

23、一种推进剂加注系统，包括：

24、液态甲烷的过冷加注系统，为上述的液态甲烷的过冷加注系统；

25、液氧加注管道，所述液氧加注管道的两端分别与所述液氧供应装置和所述贮箱连通。

26、一种液态甲烷的过冷加注方法，用于通过上述的液态甲烷的过冷加注系统对所述贮箱进行液态甲烷的加注，包括步骤：

27、液氧输送，所述液氧供应装置将液氧加注至所述过冷器内，直到液氧达到第一预设液位；

28、甲烷过冷，所述液态甲烷供应装置向所述换热器内输送液态甲烷；

29、甲烷加注，所述换热器内的液态甲烷输送至所述贮箱内。

30、可选地，在上述的液态甲烷的过冷加注方法中，所述甲烷加注步骤之后还包括液氧补加步骤，所述液氧补加步骤具体为所述过冷器内的液氧降低至第二预设液位后，所述液氧供应装置向所述过冷器内输送液氧，直至达到所述第一预设液位；和/或，

31、所述甲烷加注步骤之后还包括液氧回收步骤，所述液氧回收步骤具体为液态甲烷加注完成后，所述过冷器内的液氧被输送回所述液氧供应装置内。

32、本发明提供的液态甲烷的过冷加注系统用于将液态甲烷供应装置内的液态甲烷过冷并加注到贮箱内，包括液氧供应装置、过冷器和排放系统。液氧供应装置用于提供液氧，过冷器与液氧供应装置连通，且内部设置有换热器，换热器的两端分别用于与液态甲烷供应装置和贮箱连通，液氧供应装置用于将液氧加注至过冷器内，以利用液氧和液态甲烷之间的温度差对换热器内流通的液态甲烷进行过冷，且由于液氧的沸点与甲烷的冰点接近，使得液氧即使对低流速或者停滞状态下的液态甲烷过冷，甲烷也不会结冰。排放系统与过冷器连通，用于对液氧与液态甲烷换热后产生的氧气进行处理和排放，保证系统作业的安全性。

33、相较于现有技术，本发明提供的液态甲烷加注系统取消了现有的液氮系统，并采用液氧作为过冷剂对液态甲烷进行过冷，结构简单，并简化了加注流程，且由于液氧的沸点与液态甲烷的冰点接近，可以有效防止液态甲烷在过冷过程中结冰。

34、本发明提供的推进剂加注系统包括上述的液态甲烷的过冷加注系统和液氧加注管道，液氧加注管道的两端分别与液氧供应装置和贮箱连通，使得液氧供应装置在对液态甲烷进行过冷的同时，还可通过液氧加注管道对贮箱内进行液氧的加注。相较于现有技术，本发明提供的推进剂加注系统可同时对贮箱进行液态甲烷和液氧的加注，且可以避免液态甲烷过冷结冰。

35、本发明实施例公开的液态甲烷的过冷加注方法用于通过上述的液态甲烷的过冷加注系统对贮箱进行液态甲烷的加注，包括液氧加注步骤、甲烷过冷步骤和甲烷加注步骤。液氧加注步骤具体为液氧供应装置将液氧加注到过冷器内，直到液氧达到第一预设液位，停止加注；甲烷过冷步骤具体为液态甲烷供应装置向换热器内输送液态甲烷，且换热器内的液态甲烷与过冷器内的液氧换热，并被过冷；甲烷加注步骤具体为换热器内过冷完毕的液态甲烷被输送至贮箱内，完成液态甲烷的加注。相较于现有技术，本发明提供的液态甲烷的过冷加注方法通过液氧对进行液态甲烷进行过冷，可避免加注过程中液态甲烷出现结冰的问题。