【技术实现步骤摘要】
本申请涉及航空航天，尤其涉及甲烷过冷器。
技术介绍
1、液甲烷是一种低温火箭推进剂。在火箭推进剂加注过程中，甲烷在箭体贮箱中不断蒸发(液态变为气态，发生在液体表面)，此外在火箭发动机工作时要求进入火箭发动机的液甲烷不发生沸腾(液态变为气态，沸腾发生在液体内部)，因此在加注甲烷时要对液甲烷进行过冷。而过冷则是指保证液体保持液相的状态下降低液体温度。液甲烷凝固点约为90.5k(-182.5℃)，沸点约为111.5k(-161.5℃)，因此通常使用液氮对甲烷进行过冷。
2、常规的甲烷过冷器包括壳体、液氮加注管路、甲烷加注管路以及换热器。通常壳体为一小容积敞口容器，容器进行保温防护，容器内放置换热器，并与液氮加注管路连接，通过液氮加注管路向壳体加注液氮(液氮的沸点为-196.56℃)；换热器连接甲烷加注管路，甲烷经甲烷加注管路进入换热器，进行换热后回到加注管路中加注到箭体内；换热器有多种结构形式，如盘管结构、u型管结构、板翅结构，不同换热器结构有不同的换热效率及换热面积；甲烷进入换热器后与液氮进行换热，液氮受热温度升高并汽化，汽化后的氮气从壳体内排出。
3、液甲烷凝固点约为90.5k(-182.5℃)，高于大气压下液氮沸点77k(-196.56℃)，因此利用液氮冷却液甲烷的甲烷过冷器，易发生甲烷凝固冻结，导致管路堵塞或系统设备损坏的问题；另外目前地设备在使用时，通常先加注液甲烷，待液甲烷达到一定流量后在加入液氮进行过冷，加注过程中还需要时刻关注液甲烷温度，整个加注过程复杂，需调节甲烷加注流量与液氮加注流量相适应。
4、因此，亟需一种甲烷过冷器，以在一定程度上解决现有技术中存在的技术问题。
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供一种甲烷过冷器，在一定程度上解决当采用液氮对液甲烷换热时，常因甲烷凝固冻结而导致管路堵塞或系统设备损坏的技术问题以及整个加注过程复杂的技术问题。
2、本申请提供一种甲烷过冷器，包括壳体、甲烷过冷换热组件以及氮气换热组件；
3、所述壳体内填充有预设液位的液氮；
4、所述甲烷过冷换热组件设置于所述壳体内，且用于通入液甲烷；所述氮气换热组件设置于所述壳体内且位于所述甲烷过冷换热组件的下方，所述氮气换热组件用于通入氮气；所述氮气换热组件能够将所述液氮加热至预设压力下的沸点温度，以使所述液氮以所述预设压力下的沸点温度与所述甲烷过冷换热组件内的所述液甲烷换热，防止所述液甲烷凝固冻结。
5、在上述技术方案中，进一步地，所述甲烷过冷器还包括排气管路；
6、所述排气管路设置于所述壳体的顶部，且与所述壳体连通；
7、所述排气管路设置有调节阀以及控压阀；
8、所述调节阀靠近所述壳体，且所述调节阀能够调节所述壳体的壳程压力；
9、所述控压阀与所述调节阀协同调节壳程内液氮压力。
10、在上述技术方案中，进一步地，所述排气管路上还设置有放气阀；
11、所述放气阀位于所述控压阀背离所述调节阀的一侧；且所述放气阀用于对所述壳体泄压。
12、在上述技术方案中，进一步地，所述甲烷过冷换热组件为板式换热器、u型管换热器、盘管换热器中的任意一种。
13、在上述技术方案中，进一步地，氮气换热组件为盘管，所述盘管用于通入所述氮气。
14、在上述技术方案中，进一步地，所述甲烷过冷器还包括液氮液位计；
15、所述液氮液位计设置于所述壳体的顶部，且所述液氮液位计用于检测所述壳体内的所述液氮的液位。
16、在上述技术方案中，进一步地，所述甲烷过冷器还包括温度传感器；
17、所述温度传感器设置于所述甲烷过冷换热组件与所述氮气换热组件之间，且所述温度传感器用于检测所述液氮的温度。
18、在上述技术方案中，进一步地，所述甲烷过冷器还包括压力传感器；
19、所述压力传感器设置于所述壳体的顶部，且所述压力传感器用于检测所述壳体内的压力。
20、在上述技术方案中，进一步地，所述甲烷过冷器还包括液氮加注管路以及液氮泄出管路；
21、所述液氮加注管路以及所述液氮泄出管路均设置于所述壳体的底部且分别与所述壳体连通。
22、在上述技术方案中，进一步地，所述壳体的顶部还设置有安全阀。与现有技术相比较，本申请具有如下有益效果：
23、本申请提供一种甲烷过冷器，包括壳体、甲烷过冷换热组件以及氮气换热组件；所述壳体内填充有预设液位的液氮；所述甲烷过冷换热组件设置于所述壳体内，且用于通入液甲烷；所述氮气换热组件设置于所述壳体内，且用于通入氮气；所述氮气换热组件能够将所述液氮加热至预设压力下的沸点温度，以使所述液氮以所述预设压力下的沸点温度与所述甲烷过冷换热组件内的所述液甲烷换热，防止所述液甲烷凝固冻结。
24、综上，本申请相对于现有技术而言，并不是直接采用大气压下的液氮对液甲烷进行换热，而是利用氮气换热组件对液氮加热，使液氮的沸腾温度为0.4-0.7mpa压力下的-180℃--165℃之间，如此一来缩小了液氮与液甲烷之间的温差，不会使液甲烷出现凝固冻结的现象，进而保证了加注管路以及系统设备的完整性。也因此，可以增加甲烷过冷换热组件的换热面积，实现液甲烷的大流量过冷，并降低过冷温度。
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1.一种甲烷过冷器，其特征在于，包括壳体、甲烷过冷换热组件以及氮气换热组件；
2.根据权利要求1所述的甲烷过冷器，其特征在于，所述甲烷过冷器还包括排气管路；
3.根据权利要求2所述的甲烷过冷器，其特征在于，所述排气管路上还设置有放气阀；
4.根据权利要求1所述的甲烷过冷器，其特征在于，所述甲烷过冷换热组件为板式换热器、U型管换热器、盘管换热器中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的甲烷过冷器，其特征在于，氮气换热组件为盘管，所述盘管用于通入所述氮气。
6.根据权利要求1所述的甲烷过冷器，其特征在于，所述甲烷过冷器还包括液氮液位计；
7.根据权利要求1所述的甲烷过冷器，其特征在于，所述甲烷过冷器还包括温度传感器；
8.根据权利要求1所述的甲烷过冷器，其特征在于，所述甲烷过冷器还包括压力传感器；
9.根据权利要求1所述的甲烷过冷器，其特征在于，所述甲烷过冷器还包括液氮加注管路以及液氮泄出管路；
10.根据权利要求1所述的甲烷过冷器，其特征在于，所述壳体的顶部还设置有安全阀。p>...
【技术特征摘要】
1.一种甲烷过冷器，其特征在于，包括壳体、甲烷过冷换热组件以及氮气换热组件；
2.根据权利要求1所述的甲烷过冷器，其特征在于，所述甲烷过冷器还包括排气管路；
3.根据权利要求2所述的甲烷过冷器，其特征在于，所述排气管路上还设置有放气阀；
4.根据权利要求1所述的甲烷过冷器，其特征在于，所述甲烷过冷换热组件为板式换热器、u型管换热器、盘管换热器中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的甲烷过冷器，其特征在于，氮气换热组件为盘管，所述盘管用于通入所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：尚子尧，吴志坚，陈宇泽，阳慧敏，王树光，范振宏，李建新，
申请(专利权)人：北京航天试验技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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