基于抽空减压结合压力交变的大规模氢浆制备装置及方法制造方法及图纸

一种基于抽空减压结合压力交变的大规模氢浆制备装置及方法，包括液氢/气氢供给组件、氢浆储存组件、冷量供给组件和排放组件；液氢/气氢供给组件中的液氢储罐、高压氢气瓶出口通过第一阀门、第二阀门与氢浆储存组件中的氢浆杜瓦入口相连，氢浆杜瓦的出口分成两路，一路通过第三阀门和排放组件的阻火器入口连接，另一路通过第四阀门和冷量供给组件的复温器入口连接；冷量供给组件包括复温器、真空泵，复温器出口分为两路，一路通过第五阀门连接至真空泵入口；另一路与第六阀门入口连接；真空泵出口、第六阀门出口连接阻火器入口；本发明专利技术可实现氢浆大规模、快速及高品质制备，还具有抽速控制、氢气泄漏保护等功能。氢气泄漏保护等功能。氢气泄漏保护等功能。

【技术实现步骤摘要】
基于抽空减压结合压力交变的大规模氢浆制备装置及方法


[0001]本专利技术涉及低温推进剂致密化获取
，具体涉及一种基于抽空减压结合压力交变的大规模氢浆制备装置及方法。

技术介绍

[0002]由于低温推进剂(液氢/液氧)具有低成本、高比冲、大推力、无毒无污染等优势，在各国进行大型/重型运载火箭研发时得到了大规模推广应用。虽然低温推进剂相较于常温燃料优势明显，但目前应用时的热力学状态大部分都处于沸点温度附近，仍具有密度低、极易蒸发、难以贮存等不足。此时，研究者往往热衷于采用过冷低温推进剂或浆态低温推进剂作为推进燃料，其热力学性能相对于饱和状态显著改善，如自身密度增加、气化压力降低、单位体积冷量增大、运动粘度增加等，从而使火箭有效载荷提升、贮箱尺寸减小、贮箱厚度减薄、液体晃动减弱及深空探测范围拓宽等。例如，液氢推进剂从标准沸点(20.39K)过冷至三相点温度(13.8K)，其密度会增加8.8％，单位体积显冷量将会增加20％，从三相点温度继续降温，直到出现60％的固氢(称为氢浆)，密度将增加16.8％，单位体积显冷量增加34％。公开文献报道，液氢密度增加8％，液氧密度增加10％，运载火箭总的起飞重量将减少20％，应用价值相当可观。
[0003]随着航天事业的大力发展，氢浆作为一种最具应用前景的推进燃料，理应受到重视，但目前关于氢浆研究的技术成熟度还不高，尤其是氢浆制备技术。目前，氢浆制备的方法主要包括以下几类：冻结
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融化法、螺旋钻取法、喷嘴膨胀法以及氦喷射法。申请人经过前期大量对比分析，得出氢浆大规模制备并应用于低温火箭燃料中时采用液氢抽空减压+冻结融化方法是最常用及最为经济可行的；该方法利用真空泵抽吸氢气，将液态氢逐渐冷却至三相点温度，然后继续抽吸直至在液氢表面上生成一层冻结层,接着使固体层轻微融化并沉淀到液氢中，多次重复冻融循环则可得到氢浆成品。但是申请人通过试验观察发现采用抽空减压+冻结融化法制备氢浆时，制备时间非常长，且极易获得均匀度不理想的液氢固氢混合物，究其原因是在冻结过程中容易因时间控制不理想而生成片状或块状的厚实固氢层，从而在之后的融化过程中留下密实的固体，导致氢浆成品的均匀度不足，且需要多次反复冻融循环过程，使该工艺过程不适合于大规模快速制备氢浆。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提出了一种基于抽空减压结合压力交变的大规模氢浆制备装置及方法，可实现氢浆大规模、快速及高品质制备，还具有抽速控制、氢气泄漏保护等功能，为氢浆大规模应用及相关研究提供了技术支持。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种基于抽空减压结合压力交变的大规模氢浆制备装置，包括液氢/气氢供给组件、氢浆储存组件、冷量供给组件和排放组件，液氢/气氢供给组件和氢浆储存组件的输入连接，氢浆储存组件的输出和冷量供给组件、排放组件连接；
[0007]所述的液氢/气氢供给组件包括液氢储罐1和高压氢气瓶3，液氢储罐1、高压氢气瓶3的出口通过第一阀门2、第二阀门4与氢浆储存组件中的氢浆杜瓦5的入口相连；
[0008]所述的氢浆储存组件包括氢浆杜瓦5，氢浆杜瓦5的出口分成两路，一路通过第三阀门6和排放组件的阻火器12入口连接，另一路通过第四阀门7和冷量供给组件的复温器8入口连接；
[0009]所述的冷量供给组件包括复温器8、真空泵10，复温器8的出口分为两路，一路通过第五阀门9连接至真空泵10的入口；另一路与第六阀门11的入口连接；
[0010]所述的排放组件包括阻火器12，真空泵10的出口、第六阀门11的出口连接阻火器12的入口，氢气流经阻火器12后从阻火器12出口输送到空中进行高空排放。
[0011]所述的第一阀门2为低温截止阀，第二阀门4为双级减压阀，第四阀门7和第六阀门11为截止阀，第五阀门9为调节阀；第三阀门6为卸荷阀。
[0012]所述的液氢储罐1为高真空多层绝热储罐，绝热方式为高真空多层绝热。
[0013]所述的高压氢气瓶3为高压气瓶，提供氢气以实现压力交变。
[0014]所述的氢浆杜瓦5为高真空多层绝热杜瓦。
[0015]所述的复温器8为低温换热器，使抽出的氢气在到达真空泵10前升温至真空泵10可承受的温度。
[0016]所述的真空泵10为变频水环真空泵，用抽空减压闪蒸降温的方式使氢浆杜瓦5内的温度降低从而获得氢浆。
[0017]所述的阻火器12为安全装置，具有防爆和耐烧性能。
[0018]基于所述的一种基于抽空减压结合压力交变的大规模氢浆制备装置的方法，包括以下步骤：
[0019]第一步：在开始进行氢浆制备前，先将高纯氮气接入氢浆杜瓦5入口，将氮气充满整个装置，进行吹除；通入氦气，再次吹除；
[0020]第二步：吹除结束后，液氢储罐1中的液氢经第一阀门2进入氢浆杜瓦5中，氢浆杜瓦5中有足够使用的液氢时，关闭第一阀门2；打开第四阀门7，开启真空泵10抽除氢浆杜瓦5中的气体，使氢浆杜瓦5内的压力降低，通过抽空减压闪蒸降温的方式使氢浆杜瓦5中的温度液降低直至降至三相点温度，此时液氢界面上开始出现固氢，继续抽空直至真空度恒定后，关闭第五阀门9切断通往真空泵10的管道，再打开第二阀门4，通入高压氢气瓶3中的高压氢气，高压氢气将已生成的片状或块状的固氢打碎，快速地获得均匀的固氢液氢混合物，一次抽空减压
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加压融化过程完成；
[0021]第三步：重复第二步，进行多次抽空减压
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加压融化过程，获得均匀的氢浆。
[0022]本专利技术的有益效果为：
[0023]本专利技术氢浆杜瓦5采用了抽空减压结合压力交变的方式来使得因抽空减压产生的固氢快速且均匀地融化，可加速氢浆生成的速率并提高氢浆成品的品质；同时，真空泵10采用了变频水环真空泵并与并联管路相结合的调节方式，来控制氢气抽气速率，以此控制氢浆生成的速度，从而更好地改善氢浆固体颗粒大小及均匀性。
附图说明
[0024]图1是本专利技术实施例装置的结构示意图。
具体实施方式
[0025]下面结合实施例及附图对本专利技术作详细描述。
[0026]参照图1，一种基于抽空减压结合压力交变的大规模氢浆制备装置，包括液氢/气氢供给组件、氢浆储存组件、冷量供给组件和排放组件，液氢/气氢供给组件和氢浆储存组件的输入连接，氢浆储存组件的输出和冷量供给组件、排放组件连接；
[0027]所述的液氢/气氢供给组件包括液氢储罐1和高压氢气瓶3，液氢储罐1为高真空多层绝热储罐，绝热方式为高真空多层绝热，防止外界热量进入液氢内，液氢在其中储存；高压氢气瓶3为高压气瓶，提供氢气以实现压力交变；液氢储罐1的出口通过管道ab与第一阀门2的入口相连，第一阀门2的出口连通至管道cd；高压氢气瓶3的出口通过管道ef与第二阀门4的入口相连，第二阀门2的出口连接至管道gd，管道dh与氢浆储存组件中的氢浆杜瓦5的入口相连；
[0028]第一阀门2为低温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于抽空减压结合压力交变的大规模氢浆制备装置，其特征在于：包括液氢/气氢供给组件、氢浆储存组件、冷量供给组件和排放组件，液氢/气氢供给组件和氢浆储存组件的输入连接，氢浆储存组件的输出和冷量供给组件、排放组件连接；所述的液氢/气氢供给组件包括液氢储罐(1)和高压氢气瓶(3)，液氢储罐(1)、高压氢气瓶(3)的出口通过第一阀门(2)、第二阀门(4)与氢浆储存组件中的氢浆杜瓦(5)的入口相连；所述的氢浆储存组件包括氢浆杜瓦(5)，氢浆杜瓦(5)的出口分成两路，一路通过第三阀门(6)和排放组件的阻火器(12)入口连接，另一路通过第四阀门(7)和冷量供给组件的复温器(8)入口连接；所述的冷量供给组件包括复温器(8)、真空泵(10)，复温器(8)的出口分为两路，一路通过第五阀门(9)连接至真空泵(10)的入口；另一路与第六阀门(11)的入口连接；所述的排放组件包括阻火器(12)，真空泵(10)的出口、第六阀门(11)的出口连接阻火器(12)的入口，氢气流经阻火器(12)后从阻火器(12)出口输送到空中进行高空排放。2.根据权利要求1所述的一种基于抽空减压结合压力交变的大规模氢浆制备装置，其特征在于：所述的第一阀门(2)为低温截止阀，第二阀门(4)为双级减压阀，第四阀门(7)和第六阀门(11)为截止阀，第五阀门(9)为调节阀；第三阀门(6)为卸荷阀。3.根据权利要求1所述的一种基于抽空减压结合压力交变的大规模氢浆制备装置，其特征在于：所述的液氢储罐(1)为高真空多层绝热储罐，绝热方式为高真空多层绝热。4.根据权利要求1所述的一种基于抽空减压结合压力交变的大规模氢浆制备装置，其特征在于：所述的高压氢气瓶(3)为高压气瓶，提供氢气以实现压力交变。5.根据权利要求1所述的一种基于抽空减压结合压力交变的大规模氢...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢福寿，夏斯琦，朱宇豪，马原，王磊，厉彦忠，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：