本发明专利技术公开了一种用于液氢发动机测试的混合增压液氢输送系统及方法。在本发明专利技术中，利用液氮和液氦对增压的常温高压气进行充分冷却，减少进入液氢储罐中的外部热量，从而减小液氢发生超临界转变的温度驱动势差，降低发生超临界转变的液氢量，保证液氢输送系统在规定时间内均可输出常规液氢。本发明专利技术的液氮流量和液氦流量可以根据增压氢气的流量进行反馈调整，可以实现增压氢气温度的精确控制。而且增压完成后，液氢储罐中的氦气可通过纯化器回收，减少宝贵氦资源的损耗。减少宝贵氦资源的损耗。减少宝贵氦资源的损耗。
【技术实现步骤摘要】
一种用于液氢发动机测试的混合增压液氢输送系统及方法
[0001]本专利技术涉及氢能
，特指一种用于液氢发动机测试的混合增压液氢输送系统。
技术介绍
[0002]随着液氢的应用领域不断增加，以液氢作为发动机燃料的航天、航海和航空载具不断涌现。在以液氢为燃料的发动机测试过程中，需要将地面液氢储罐中的液氢在较短时间内输送至发动机测试端。而实际工程中，往往通过增压输送的方式将液氢储罐中的液氢输入至发动机测试端。在增压输送方式中，液氢预先被加注在液氢储罐中，然后向液氢储罐的顶空中注入高压氢气，从而增大管内压力，将液氢储罐中存储的液氢从出口压出，进入发动机测试端。但这种做法在实际应用中发现从液氢储罐中输出的液氢中存在大量的超临界氢，而超临界氢密度小于液氢，所以若输送至发动机测试端为超临界氢，则会导致氢燃料的供给量下降，影响正常的发动机测试。所以，在发动机测试时间段内防止向其输送超临界氢至关重要。但受限于液氢实验的特殊性和安全性，目前暂未发现抑制液氢增压输送过程超临界转变的相关技术。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的是解决现有技术中通过增压输送液氢过程中容易出现液氢超临界转变的问题，并提供一种用于液氢发动机测试的混合增压液氢输送系统及其方法。在本专利技术中，利用液氮和液氦对增压的常温高压气进行充分冷却，减少进入液氢储罐中的外部热量，降低发生超临界转变的液氢量，保证液氢输送系统在规定时间内均可输出常规液氢。
[0004]本专利技术拟用如下技术方案实现本专利技术的目的：
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种用于液氢发动机测试的混合增压液氢输送系统，其包括增压氢气管路、液氮管路、液氦管路、液氢加注管路、氦气回收管路、液氮冷却器和液氦冷却器；
[0006]所述液氮冷却器和液氦冷却器均具有构成换热接触的第一通路和第二通路；
[0007]所述增压氢气管路的入口端连接高压氢气源，出口端连接液氢储罐的内腔顶空；增压氢气管路从入口端到出口端之间依次连接氢气阀、氢气流量计、氢气温度传感器、氢气压力传感器、液氮冷却器的第一通路和液氦冷却器的第一通路；
[0008]所述液氮管路的入口端连接液氮储罐，出口端放空；液氮管路从入口端到出口端之间依次连接液氮电磁阀和液氮冷却器的第二通路；
[0009]所述液氦管路的入口端连接液氦储罐，出口端连接液氢储罐的内腔顶空；液氦管路从入口端到出口端之间依次连接液氦电磁阀、液氦冷却器的第二通路和调压阀；
[0010]所述氦气回收管路的入口端连接液氢储罐的内腔顶空，出口端连接气体回收设备，且氦气回收管路上设有混合气截止阀；
[0011]所述液氢加注管路的入口端连接液氢储罐的内腔底部，出口端连接待测试的液氢
发动机；液氢加注管路从入口端到出口端之间依次连接液氢流量计、液氢压力传感器、液氢温度传感器和液氢阀。
[0012]作为上述第一方面的优选，所述高压氢气源采用由压缩机提供的高压氢气或高压氢气瓶组。
[0013]作为上述第一方面的优选，所述气体回收设备采用纯化器。
[0014]作为上述第一方面的优选，所述纯化器为用于分离氦气与氢气的吸附分离设备或膜分离设备。
[0015]作为上述第一方面的优选，所述液氮冷却器为壳管式换热器。
[0016]作为上述第一方面的优选，所述液氦冷却器为壳管式换热器。
[0017]作为上述第一方面的优选，所述氢气流量计、液氮电磁阀和液氦电磁阀分别通过信号线连接控制器，构成根据氢气流量计的信号调节液氮电磁阀和液氦电磁阀开度的反馈控制系统。
[0018]作为上述第一方面的优选，所述液氢流量计、液氢压力传感器、液氢温度传感器、液氢阀均连接控制器。
[0019]第二方面，本专利技术提供了一种利用上述第一方面任一方案所述系统的液氢发动机测试混合增压液氢输送方法，其包括：
[0020]S1、向液氢储罐内加注满足液氢发动机测试用量的液氢；
[0021]S2、打开氢气阀，将来自高压氢气源的常温高压氢气通过增压氢气管路导入液氮冷却器的第一通路中，同时打开液氮电磁阀使液氮储罐中的液氮介质在自增压作用下通过液氮管路进入液氮冷却器的第二通路，从而通过换热利用第二通路中液氮的冷量使第一通路中的高压氢气第一次降温；
[0022]S3、通过第一次降温后的高压氢气继续进入液氦冷却器的第一通路，同时打开液氦电磁阀使液氦储罐中的液氦介质在自增压作用下通过液氦管路进入液氦冷却器的第二通路，从而通过换热利用第二通路中液氦的冷量使第一通路中的高压氢气第二次降温，而液氦吸收高压氢气的热量后汽化并升压；当液氦管路中的氦气压力达到调压阀的设定压力后，调压阀打开，液氦管路中的氦气与增压氢气管路中的高压氢气均通入液氢储罐的内腔中，混合后共同对液氢储罐中的液氢进行增压；
[0023]S4、当液氢储罐中的压力达到目标压力值后，打开液氢阀，使液氢储罐液相区底部的液氢在液氢储罐气相区中混合气体的压力作用下进入液氢加注管路，并依次流经液氢流量计、液氢压力传感器、液氢温度传感器和液氢阀后，最终输送至液氢发动机测试端；
[0024]S5、当液氢增压输送完成后，关闭氢气阀、液氮电磁阀、液氦电磁阀、调压阀、液氢阀，并打开混合气截止阀，将液氢储罐气相区中的氦气与氢气混合气通过氦气回收管路回收至气体回收设备中，完成氦气和氢气的回收并进行后续的分离。
[0025]作为上述第二方面的优选，在液氢增压输送过程中，通过氢气流量计实时测量增压氢气管路中的增压氢气的流量，并将流量信号通过信号线传递至控制器，再由控制器根据预设的调节规则通过信号线输出控制信号，从而调节液氮电磁阀和液氦电磁阀的开度，使液氮冷却器和液氦冷却器中液氮与液氦的流量满足当前高压氢气流量的降温需求。
[0026]本专利技术相比现有技术突出且有益的技术效果是：采用液氮介质对增压氢气进行初步预冷，可以降低调整增压氢气温度的成本；采用液氦介质对增压氢气进行二次预冷，预冷
后的低温氦气直接进入液氢储罐中进行增压，不仅可以避免向高压液氢储罐中直接喷淋液氦所需的复杂设备还可以减少增压氢气的用量；液氮流量和液氦流量可以根据增压氢气的流量进行反馈调整，可以实现增压氢气温度的精确控制，还可减少液氮和液氦的用量；增压完成后，液氢储罐中的氦气可通过纯化器回收，减少宝贵氦资源的损耗。
[0027]以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果做进一步说明，以充分的了解本专利技术的目的、特征和效果。
附图说明
[0028]图1是本专利技术一种用于液氢发动机测试的高压液氢输送系统的结构示意图。
[0029]图中：增压氢气管路1、高压氢气源2、氢气阀3、氢气流量计4、氢气节流冷却器5、第一氢气通路6、第二氢气通路7、氢气温度传感器8、氢气压力传感器9、液氢节流冷却器10、液氢储罐11、液氢储罐液相区12、液氢储罐气相区13、氢气节流管路14、氢气节流阀15、液氢节流管路16、第一液氢截止阀17、液氢节流阀18、液氢加注管路19、液氢流量计20、液氢本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于液氢发动机测试的混合增压液氢输送系统，其特征在于，包括增压氢气管路(1)、液氮管路(12)、液氦管路(15)、液氢加注管路(19)、氦气回收管路(24)、液氮冷却器(7)和液氦冷却器(8)；所述液氮冷却器(7)和液氦冷却器(8)均具有构成换热接触的第一通路和第二通路；所述增压氢气管路(1)的入口端连接高压氢气源(2)，出口端连接液氢储罐(9)的内腔顶空；增压氢气管路(1)从入口端到出口端之间依次连接氢气阀(3)、氢气流量计(4)、氢气温度传感器(5)、氢气压力传感器(6)、液氮冷却器(7)的第一通路和液氦冷却器(8)的第一通路；所述液氮管路(12)的入口端连接液氮储罐(13)，出口端放空；液氮管路(12)从入口端到出口端之间依次连接液氮电磁阀(14)和液氮冷却器(7)的第二通路；所述液氦管路(15)的入口端连接液氦储罐(16)，出口端连接液氢储罐(9)的内腔顶空；液氦管路(15)从入口端到出口端之间依次连接液氦电磁阀(17)、液氦冷却器(8)的第二通路和调压阀(18)；所述氦气回收管路(24)的入口端连接液氢储罐(9)的内腔顶空，出口端连接气体回收设备，且氦气回收管路(24)上设有混合气截止阀(25)；所述液氢加注管路(19)的入口端连接液氢储罐(9)的内腔底部，出口端连接待测试的液氢发动机；液氢加注管路(19)从入口端到出口端之间依次连接液氢流量计(20)、液氢压力传感器(21)、液氢温度传感器(22)和液氢阀(23)。2.如权利要求1所述的用于液氢发动机测试的混合增压液氢输送系统，其特征在于，所述高压氢气源(2)采用由压缩机提供的高压氢气或高压氢气瓶组。3.如权利要求1所述的用于液氢发动机测试的混合增压液氢输送系统，其特征在于，所述气体回收设备采用纯化器(26)。4.如权利要求1所述的用于液氢发动机测试的混合增压液氢输送系统，其特征在于，所述纯化器(26)为用于分离氦气与氢气的吸附分离设备或膜分离设备。5.如权利要求1所述的用于液氢发动机测试的混合增压液氢输送系统，其特征在于，所述液氮冷却器(7)为壳管式换热器。6.如权利要求1所述的用于液氢发动机测试的混合增压液氢输送系统，其特征在于，所述液氦冷却器(8)为壳管式换热器。7.如权利要求1所述的用于液氢发动机测试的混合增压液氢输送系统，其特征在于，所述氢气流量计(4)、液氮电磁阀(14)和液氦电磁阀(17)分别通过信号线(27)连接控制器(28)，构成根据氢气流量计(4)的信号调节液氮电磁阀(14)和液氦电磁阀(17)开度的反馈控制系统。8.如权利要求7所...
【专利技术属性】
技术研发人员：张春伟，王成刚，王克军，马利亚，齐向阳，郭嘉翔，王晓宇，黎迎晖，
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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