一種液氫過冷度獲取裝置制造方法及圖紙

一種液氫過冷度獲取裝置，包括壓縮機，壓縮機的出口和連接在預冷系統中的預冷換熱器的入口連接，預冷換熱器的出口和節流裝置的入口連接，節流裝置的出口和鼓泡裝置的入口連接，鼓泡裝置位于過冷器的液氫中，過冷器的氣氫出口和分離裝置的入口連接，分離裝置的氫氣出口進行氫氣回收，分離裝置的氦氣出口和第四閥門的出口、第五閥門的入口連接，第四閥門的入口和氦氣相通，第五閥門的出口和壓縮機的入口連接，本發明專利技術將鼓泡制冷和絕熱節流制冷過程結合在一起，并考慮了氫回收系統，使液氫獲取過冷度的成本大大降低、過冷時間減少、主體液氫沸騰程度減弱，過冷器的振動減小，液氫溫度場的分布更加均勻。

A liquid subcooling acquisition device

A liquid subcooling acquisition device comprises a compressor, the compressor outlet and connected to the entrance in the pre cooling system cooling heat exchanger is connected, pre cooling and heat exchanger entrance exit throttling device connecting the entrance outlet of the throttling device and bubbling device connected, bubbling device is positioned cooler liquid hydrogen, hydrogen gas export and entrance separation device overcooler connecting the hydrogen separation device for hydrogen recovery of export, export, export entrance fifth valve and fourth valve helium separation device connecting the fourth valve entrance and helium connected, entrance and exit fifth valve and compressor connection in the invention, the bubble cooling and adiabatic throttling refrigeration process together, and the hydrogen recovery system, to obtain hydrogen undercooling, greatly reduce the cost of time is reduced, the main cold liquid hydrogen The boiling degree reduced, vibration overcooler decreases, the distribution of liquid hydrogen temperature field is more uniform.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及低溫推進劑過冷
，具體涉及一種液氫過冷度獲取裝置。
技術介紹
低溫推進劑(如液氫、液氧、液態甲烷等)由于具有無毒、無污染、低成本、高比沖和大推力等優勢，成為應用于大型運載火箭最廣泛的一組推進劑，其比沖比常溫推進劑高30％～40％。目前，低溫推進劑應用時的熱力學狀態大部分都處于沸點溫度附近，其熱物理性能具有明顯不足，尤其是液氫，其突出缺點是：密度和單位體積顯冷量小。為了提高低溫推進劑熱力學性能，采用過冷的手段，來改善低溫推進劑自身的不足，效果非常顯著。低溫推進劑過冷方式主要包括換熱過冷、抽空過冷和冷氦氣鼓泡過冷。對于重型運載火箭來說，其低溫推進劑過冷有兩個特點：①過冷度大，接近三相點溫區；②過冷量大，每發任務需要低溫推進劑1000m3以上，國外最大充注量達到8000m3。如果采用低溫制冷劑換熱過冷方式需要投入大型復雜的氦制冷機，造價高、投資大，不經濟，低溫液體換熱過冷方式只適合用液氮來過冷液氧或液態甲烷；冷氦氣鼓泡過冷方式需要大量貴重又稀有的氦氣作為工作介質，代價太大，耗費太高，同樣不經濟，而抽空過冷方式不足之處就是抽空時間過長。因為低溫推進劑抽空過冷的速率不僅與真空泵的抽速有關，還與其自身的熱物性特點有關。當真空泵抽速加大時，會給系統帶來兩個致命的后果：①引起貯罐巨烈振動，由于抽速加大，使貯罐內氣枕壓力快速降低，貯罐內氣液界面發生劇烈沸騰，如水在電壺中燒開的情形一樣，導致大型貯罐發生強烈振動，輕則螺絲松動，部件掉落，重則引起共振，焊縫開裂，低溫推進劑泄漏；②引起低溫推進劑溫度嚴重分層，尤其在三相點附近，由于抽速過快，會導致貯罐內氣液界面處的液體凝固，而底部的液體過冷度其實并不大。因此，則急需一種快速、經濟、安全可靠的液氫過冷度獲取裝置，來保障未來運載火箭密集發射時，過冷低溫推進劑的高效利用。
技術實現思路
為了克服上述現有技術的缺點，本專利技術的目的在于提供一種液氫過冷度獲取裝置，將液氫過冷的成本大大降低、過冷時間減少，抑制主體液氫沸騰，振動減小，且能將液氫過冷溫度降至近三相點溫度。為達到此目的，本專利技術采用以下技術方案：一種液氫過冷度獲取裝置，包括壓縮機1，壓縮機1的出口和連接在預冷系統中的預冷換熱器3的入口連接，預冷換熱器3的出口和節流裝置4的入口連接，節流裝置4的出口和鼓泡裝置5的入口連接，鼓泡裝置5位于過冷器10的液氫7中，鼓泡裝置5在液氫7內形成氦氣泡6；過冷器10的氣氫8出口和分離裝置12的入口連接，分離裝置12的氫氣出口進行氫氣回收，分離裝置12的氦氣出口和第四閥門14的出口、第五閥門15的入口連接，第四閥門14的入口和氦氣相通，第五閥門15的出口和壓縮機1的入口連接。所述的壓縮機1為低溫氦氣壓縮機，其設置有預冷系統。所述的預冷換熱器3為氦-氦低溫高壓換熱器。所述的節流裝置4為低溫節流閥。所述的鼓泡裝置5為圓盤形多孔結構。所述的過冷器10，氫在過冷器10中形成液氫7、氣氫8和氣液界面9，過冷器10為低溫貯罐，其絕熱方式為高真空多層絕熱。所述的分離裝置12為氫-氦低溫分離或者膜分離。本專利技術的有益效果：本專利技術將鼓泡制冷和絕熱節流制冷過程結合在一起，并考慮了氫回收系統，使液氫獲取過冷度的成本大大降低、過冷時間減少、主體液氫沸騰程度減弱，過冷器的振動減小，液氫溫度場的分布更加均勻，且可將過冷溫度降至三相點溫度，甚至出現漿體液體，為大型運載火箭或重型運載火箭密集、高效的發射提供地面保障和技術支持。附圖說明圖1是本專利技術的結構示意圖。具體實施方式下面結合附圖來對本專利技術作進一步說明。參照圖1，一種液氫過冷度獲取裝置，包括壓縮機1，壓縮機1的出口通過第一管道16和第一閥門2的入口連接，第一閥門2的出口通過第二管道17和連接在預冷系統中的預冷換熱器3的入口連接，預冷換熱器3的出口通過第三管道18和節流裝置4的入口連接，節流裝置4的出口通過第四管道19和鼓泡裝置5的入口連接，鼓泡裝置5位于過冷器10的液氫7中，鼓泡裝置5在液氫7內形成氦氣泡6；過冷器10的氣氫8出口通過第五管道20和第二閥門11的入口連接，第二閥門11的出口通過第六管道21和分離裝置12的入口連接，分離裝置12的氫氣出口進行氫氣回收，分離裝置12的氦氣出口通過第七管道22和第三閥門13的入口連接，第三閥門13的出口通過第八管道23和第四閥門14的出口、第五閥門15的入口連接，第四閥門14的入口通過第九管道25和氦氣相通，第五閥門15的出口通過第十管道24和壓縮機1的入口連接。所述的壓縮機1為低溫氦氣壓縮機，其設置有預冷系統，防止壓縮機1損耗，其作用是提高低溫氦氣的壓頭，使低溫氦氣節流后的溫度更低。所述的預冷換熱器3為氦-氦低溫高壓換熱器，其作用是降低從壓縮機1出來的高壓氦氣溫度，使節流前高壓氦氣溫度降至最高轉化點溫度以下。所述的節流裝置4為低溫節流閥，其作用是通過壓降，獲取制冷量；所述的鼓泡裝置5為圓盤形多孔結構，其作用是將氦氣形成氦氣泡。所述的過冷器10，氫在過冷器10中形成液氫7、氣氫8和氣液界面9，過冷器10為低溫貯罐，其絕熱方式為高真空多層絕熱，防止外界熱量侵入液氫內，造成制冷負荷增加，過冷時間延長。所述的分離裝置12為氫-氦低溫分離或者膜分離，其作用是將氫-氦混合氣體分離。所述的第一閥門2、第二閥門11、第三閥門13、第四閥門14、第五閥門15為低溫截止閥。所述的第一管道16、第二管道17、第三管道18、第四管道19、第五管道20、第六管道21、第七管道22、第八管道23、第九管道25、第十管道24為高真空多層絕熱低溫液體管道。本專利技術的工作原理是：液氫過冷之前，通過移動交通工具將溫度處于沸點狀態的液氫加注與過冷器10內；然后打開第一閥門2、第二閥門11、第三閥門13、第四閥門14、第五閥門15，啟動壓縮機1；初始，氦氣從第九管道25中加注于循環系統內，當達到循環系統內氦氣所需流量時，關閉第四閥門14；氦氣經過壓縮機1，提高自身壓力，通入預冷換熱器3，使氦氣經歷一個等溫壓縮過程，到達節流裝置4入口處，其中預冷氦可通入過冷器10中液氫7內，形成一個循環預冷自回路，來冷卻從壓縮機1中出來的高壓氦氣；根據焦耳-湯姆遜效應可知，連續流動的高壓流體，在絕熱且不對外作功的情況下通過節流閥急劇膨脹到低壓時，會引起溫度發生變化，故在此通過控制節流裝置4兩端的壓力，使高壓氦氣流過節流裝置4時，進入制冷區，達到氦氣溫度降低的目的，節流后的低溫氦氣流入鼓泡裝置5，形成氦氣泡6，由于氦氣泡6的溫度低于液氫7的溫度，所以氦氣泡6會釋放顯冷量，帶走液氫7內的能量，液氫7的溫度降低，此過程叫做絕熱節流制冷；同時，根據質量擴散和熱力學原理可知，當氦氣泡6內的氫分壓力為零時，氦氣泡6周圍的氫分子將擴散到氦氣泡6內，并流動到過冷器10中氣氫8內，此時，液氫7將被蒸發，釋放潛熱，引起液氫7溫度降低，此過程叫做氦氣鼓泡制冷；接著，氫-氦混合氣體通入分離裝置12，將氫-氦混合氣體進行分離，分離后，氦氣通入壓縮機1進行循環利用，假如采用低溫分離，氫出來的產物為液氫，可直接回收到過冷器10內，假如采用膜分離，氫出來的產物為氣氫，可通入過冷器10中液氫7內進行再液化。本專利技術將鼓泡制冷和絕熱節流制冷過程結合在一起，并考慮了氫回收系統，使液氫獲取過冷度的成本大大降本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種液氫過冷度獲取裝置，包括壓縮機(1)，其特征在于：壓縮機(1)的出口和連接在預冷系統中的預冷換熱器(3)的入口連接，預冷換熱器(3)的出口和節流裝置(4)的入口連接，節流裝置(4)的出口和鼓泡裝置(5)的入口連接，鼓泡裝置(5)位于過冷器(10)的液氫(7)中，鼓泡裝置(5)在液氫(7)內形成氦氣泡(6)；過冷器(10)的氣氫(8)出口和分離裝置(12)的入口連接，分離裝置(12)的氫氣出口進行氫氣回收，分離裝置(12)的氦氣出口和第四閥門(14)的出口、第五閥門(15)的入口連接，第四閥門(14)的入口和氦氣相通，第五閥門(15)的出口和壓縮機(1)的入口連接。

【技術特征摘要】
1.一種液氫過冷度獲取裝置，包括壓縮機(1)，其特征在于：壓縮機(1)的出口和連接在預冷系統中的預冷換熱器(3)的入口連接，預冷換熱器(3)的出口和節流裝置(4)的入口連接，節流裝置(4)的出口和鼓泡裝置(5)的入口連接，鼓泡裝置(5)位于過冷器(10)的液氫(7)中，鼓泡裝置(5)在液氫(7)內形成氦氣泡(6)；過冷器(10)的氣氫(8)出口和分離裝置(12)的入口連接，分離裝置(12)的氫氣出口進行氫氣回收，分離裝置(12)的氦氣出口和第四閥門(14)的出口、第五閥門(15)的入口連接，第四閥門(14)的入口和氦氣相通，第五閥門(15)的出口和壓縮機(1)的入口連接。2.根據權利要求1所述的一種液氫過冷度獲取裝置，其特征在于：所述的壓縮機...

【專利技術屬性】
技術研發人員：厲彥忠，謝福壽，王鑫寶，王磊，馬原，
申請(專利權)人：西安交通大學，
類型：發明
國別省市：陜西;61