一种用于液氢发动机测试的高压液氢输送系统及其方法与流程

技术特征：
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-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.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，所述氢气回收设备为用于发电的氢燃料电池。9.一种如权利要求1～8任一所述系统的液氢发动机测试高压液氢输送方法，其特征在于，包括：s1、向液氢储罐(9)内加注满足液氢发动机测试用量的液氢；s2、打开氢气阀(3)，将来自高压氢气源(2)的常温高压氢气分别通过增压氢气管路(1)和氢气节流管路(14)导入氢气节流冷却器(5)的第一氢气通路(6)和第二氢气通路(7)中，第二氢气通路(7)中的高压氢气预先被氢气节流阀(15)进行节流并降温，从而通过换热使
第一氢气通路(6)中的高压氢气初步降温；s3、通过氢气温度传感器(8)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：若初步降温后的高压氢气温度未超过能够抑制液氢储罐(11)内液氢超临界转变的目标温度，则保持第一液氢截止阀(17)关闭，使初步降温后的高压氢气继续通过增压氢气管路(1)直接穿过液氢节流冷却器(10)的管侧通道后注入液氢储罐(11)的液氢储罐气相区(13)中，提升液氢储罐(11)内部的压力；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(11)内液氢超临界转变的目标温度，则打开第一液氢截止阀(17)和液氢节流阀(18)，使初步降温后的高压氢气继续通过增压氢气管路(1)进入液氢节流冷却器(10)的管侧通道中，而液氢储罐(11)内的高压液氢则通过液氢节流管路(16)进入液氢节流阀(18)中进行节流降温，降温后的高压液氢进入液氢节流冷却器(10)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(11)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(11)的液氢储罐气相区(13)中，以提升液氢储罐(11)内部的压力；s4、通过氢气压力传感器(9)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(23)，使液氢储罐液相区(12)底部的液氢在液氢储罐气相区(13)的增压氢气作用下进入液氢加注管路(19)，并依次流经液氢流量计(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)后，最终输送至液氢发动机测试端。10.如权利要求9所述的液氢发动机测试高压液氢输送方法，其特征在于，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(13)中的高压氢气温度恒定，且液氢储罐气相区(13)的压力恒定。

技术总结
本发明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
受保护的技术使用者：北京航天试验技术研究所
技术研发日：2022.08.25
技术公布日：2022/12/1