一种用于液氢发动机测试的高压液氢输送系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于液氢发动机测试的高压液氢输送系统及其方法。该高压液氢输送系统，利用高压氢气节流产生的冷量第一次预冷增压氢气，随后利用高压液氢节流产量的冷量第二次预冷增压氢气，减小液氢发生超临界转变的温度驱动势差，保证液氢输送系统在规定时间内均可输出常规液氢。本发明专利技术的高压氢气和高压液氢节流制冷时可进行自驱动，无需压缩机或增压泵等额外的动设备，系统结构简单、性能可靠。性能可靠。性能可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种用于液氢发动机测试的高压液氢输送系统及其方法


[0001]本专利技术涉及氢能
，特指一种用于液氢发动机测试的高压液氢输送系统及其方法。

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高压液氢输送系统及其方法。在本专利技术中，首先利用高压氢气节流产生的冷量第一次预冷增压氢气，随后利用高压液氢节流产量的冷量第二次预冷增压氢气，减小液氢发生超临界转变的温度驱动势差，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高压液氢输送系统，其包括增压氢气管路、氢气节流管路、液氢节流管路、液氢加注管路、氢气节流冷却器和液氢节流冷却器；
[0006]所述氢气节流冷却器内设有构成换热接触的第一氢气通路和第二氢气通路；
[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、氢气节流冷却器的第一氢气通路、氢气温度传感器、氢气压力传感器和液氢节流冷却器的管侧通道；
[0008]所述氢气节流管路的入口端连接氢气流量计和氢气节流冷却器之间的增压氢气管路，出口端外排；氢气节流管路从入口端到出口端之间依次连接氢气节流阀和氢气节流冷却器的第二氢气通路；
[0009]所述液氢节流管路的入口端连接液氢储罐的内腔底部，出口端外排；液氢节流管路从入口端到出口端之间依次连接第一液氢截止阀、液氢节流阀、液氢节流冷却器的壳侧通道；
[0010]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、液氢温度传感器和第二液氢截止阀。
[0011]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。
[0012]作为上述第一方面的优选，所述液氢节流冷却器为管壳式换热结构，内部管侧通道用于流通待冷却的高压氢气，外部壳侧通道用于流通高压液氢节流产生的气液两相混合物。
[0013]作为上述第一方面的优选，所述液氢节流冷却器的换热管结构上设有增加换热面积的翅片。
[0014]作为上述第一方面的优选，所述氢气节流冷却器为气
‑
气换热器，内部设有增加换热效率的热管。
[0015]作为上述第一方面的优选，所述氢气节流管路的出口端连接氢气回收设备或者直接放空。
[0016]作为上述第一方面的优选，所述液氢节流管路的出口端连接氢气回收设备或者直接放空。
[0017]作为上述第一方面的优选，所述氢气回收设备为用于发电的氢燃料电池。
[0018]第二方面，本专利技术提供了一种利用如上述第一方面任一所述系统的液氢发动机测试高压液氢输送方法，其包括：
[0019]S1、向液氢储罐内加注满足液氢发动机测试用量的液氢；
[0020]S2、打开氢气阀，将来自高压氢气源的常温高压氢气分别通过增压氢气管路和氢气节流管路导入氢气节流冷却器的第一氢气通路和第二氢气通路中，第二氢气通路中的高压氢气预先被氢气节流阀进行节流并降温，从而通过换热使第一氢气通路中的高压氢气初步降温；
[0021]S3、通过氢气温度传感器对初步降温后的高压氢气温度进行实时测量，并根据高压氢气实时温度进行如下控制：
[0022]若初步降温后的高压氢气温度未超过能够抑制液氢储罐内液氢超临界转变的目标温度，则保持第一液氢截止阀关闭，使初步降温后的高压氢气继续通过增压氢气管路直接穿过液氢节流冷却器的管侧通道后注入液氢储罐的液氢储罐气相区中，提升液氢储罐内部的压力；
[0023]若初步降温后的高压氢气温度仍然高于能够抑制液氢储罐内液氢超临界转变的目标温度，则打开第一液氢截止阀和液氢节流阀，使初步降温后的高压氢气继续通过增压氢气管路进入液氢节流冷却器的管侧通道中，而液氢储罐内的高压液氢则通过液氢节流管路进入液氢节流阀中进行节流降温，降温后的高压液氢进入液氢节流冷却器的壳侧通道进而对管侧通道内的高压氢气进行二次降温，使其不超过能够抑制液氢储罐内液氢超临界转变的目标温度；二次降温后的高压氢气注入液氢储罐的液氢储罐气相区中，以提升液氢储罐内部的压力；
[0024]S4、通过氢气压力传感器实时检测压力，当其压力达到目标压力值后打开第二液氢截止阀，使液氢储罐液相区底部的液氢在液氢储罐气相区的增压氢气作用下进入液氢加
注管路，并依次流经液氢流量计、液氢压力传感器、液氢温度传感器和第二液氢截止阀后，最终输送至液氢发动机测试端。
[0025]作为上述第二方面的优选，在液氢发动机测试端需要持续输送恒压液氢时，需根据系统中的各传感器所检测的数据联动控制系统中的各阀门开度，保证注入液氢储罐气相区中的高压氢气温度恒定，且液氢储罐气相区的压力恒定。
[0026]本专利技术相比现有技术突出且有益的技术效果是：
[0027]1)本专利技术利用高压氢气节流产生的冷量对增压氢气进行初步预冷，利用高压液氢节流及汽化产生的冷量对增压氢气进行二次预冷，具有形式多样、冷量可调、适应性广的优点。
[0028]2)本专利技术的高压氢气和高压液氢节流制冷时可进行自驱动，无需压缩机或增压泵等额外的动设备，系统结构简单、性能可靠。
[0029]3)本专利技术通过双节流产生的氢气纯度较高，可直接进行回收再利用，最大限度地降低液氢增压超临界转变抑制所消耗的资源量。
[0030]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
[0031]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。
[0032]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、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高压液氢输送系统，其特征在于，包括增压氢气管路(1)、氢气节流管路(14)、液氢节流管路(16)、液氢加注管路(19)、氢气节流冷却器(5)和液氢节流冷却器(10)；所述氢气节流冷却器(5)内设有构成换热接触的第一氢气通路(6)和第二氢气通路(7)；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(11)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)、氢气节流冷却器(5)的第一氢气通路(6)、氢气温度传感器(8)、氢气压力传感器(9)和液氢节流冷却器(10)的管侧通道；所述氢气节流管路(14)的入口端连接氢气流量计(4)和氢气节流冷却器(5)之间的增压氢气管路(1)，出口端外排；氢气节流管路(14)从入口端到出口端之间依次连接氢气节流阀(15)和氢气节流冷却器(5)的第二氢气通路(7)；所述液氢节流管路(16)的入口端连接液氢储罐(11)的内腔底部，出口端外排；液氢节流管路(16)从入口端到出口端之间依次连接第一液氢截止阀(17)、液氢节流阀(18)、液氢节流冷却器(10)的壳侧通道；所述液氢加注管路(19)的入口端连接液氢储罐(11)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)和第二液氢截止阀(23)。2.如权利要求1所述的用于液氢发动机测试的高压液氢输送系统，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高压液氢输送系统，其特征在于，所述液氢节流冷却器(10)为管壳式换热结构，内部管侧通道用于流通待冷却的高压氢气，外部壳侧通道用于流通高压液氢节流产生的气液两相混合物。4.如权利要求1所述的用于液氢发动机测试的高压液氢输送系统，其特征在于，所述液氢节流冷却器(10)的换热管结构上设有增加换热面积的翅片。5.如权利要求1所述的用于液氢发动机测试的高压液氢输送系统，其特征在于，所述氢气节流冷却器(5)为气
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气换热器，内部设有增加换热效率的热管。6.如权利要求1所述的用于液氢发动机测试的高压液氢输送系统，其特征在于，所述氢气节流管路(14)的出口端连接氢气回收设备或者直接放空。7.如权利要求1所述的用于液氢发动机测试的高压液氢输送系统，其特征在于，所述液氢节流管路(16)的出口端连接氢气回收设备或者直接放空。8...

【专利技术属性】
技术研发人员：张春伟，柴栋栋，尹奇志，马军强，李玮，魏金莹，周博文，崔皓玉，
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：