阅读说明：本技术 一种浮空器内部填充氦气在线纯化系统与方法 (Online purification system and method for helium filled in aerostat ) 是由 杜京纬 陈亮 杜一鸣 张云林 于 2019-12-04 设计创作，主要内容包括：本发明属于氦气纯化领域,公开了一种浮空器内部填充氦气在线纯化系统和方法。本发明的技术方案包括浮空器、第一充放气口、第二充放气口、氦气抽取管路、氦气填充管路和氦气循环设备；通过使用氦气循环设备,将氦气回收纯化及填充的同步进行,并利用实时监控和人工调节保证内部气压动态平衡,实现浮空器锚泊状态下的内部氦气纯化。(The invention belongs to the field of helium purification, and discloses an online purification system and method for filling helium in an aerostat. The technical scheme of the invention comprises an aerostat, a first air charging and discharging port, a second air charging and discharging port, a helium gas extraction pipeline, a helium gas filling pipeline and helium gas circulating equipment; by using helium circulating equipment, helium recovery, purification and filling are synchronously carried out, and the dynamic balance of internal air pressure is ensured by utilizing real-time monitoring and manual regulation, so that the internal helium purification of the aerostat in the anchoring state is realized.)

一种浮空器内部填充氦气在线纯化系统与方法

技术领域

本发明涉及氦气纯化领域，尤其涉及一种浮空器内部氦气在线纯化系统与方法。

背景技术

浮空器包括气球、飞艇等飞行器，是一种比重轻于空气，主要依靠自身静浮力升空的飞行器。其静浮力依靠内部填充气体提供。目前，国际上普遍采用的填充气体为氦气。对于内部填充氦气的浮空器，氦气的纯度与静浮力成正比，当氦气纯度过低时将会影响到浮空器的使用性能和安全。

目前普遍使用回收纯化的方法，来保证浮空器内部填充氦气的纯度。该方法通过完全抽取回收浮空器内部填充氦气，经过地面纯化设备处理后重新充入浮空器内部。

现有技术成熟可行，但实施过程，尤其是大型浮空器的氦气回收和再次架设需要大量的人力资源和物资保障。回收、架设过程中，不可避免的会对浮空器囊体材料造成不可恢复性疲劳，同时可能对系统造成不可预计的损伤，影响浮空器的使用寿命，存在大量安全隐患。

发明内容

为克服上述不足，本发明提出一种浮空器内部填充氦气在线纯化系统和方法，一方面避免了浮空器回收时人力资源的过度消耗，另一方面避免了对浮空器系统的反复拆卸安装，避免了机械损耗和安全隐患。

为达到上述目的，本发明技术方案如下

技术方案一：

一种浮空器内部填充氦气在线纯化系统，包括：浮空器2、第一充放气口3、第二充放气口4、氦气抽取管路5、氦气填充管路6和氦气循环设备7；

第一充放气口和第二充放气口位于浮空器上，氦气抽取管路一端与第一充放气口连接，另一端与氦气循环设备输入端连接；氦气填充管路一端与第二充放气口连接，另一端与氦气循环设备输出端连接。

本发明的技术方案一的特点和进一步改进为：

1、所述氦气循环设备包括氦气回收模块、氦气提纯模块和氦气填充模块；

氦气回收模块输入端作为氦气循环设备的输入端，用于回收抽取出的低纯度氦气；

氦气回收模块输出端与氦气提纯模块输入端连接，氦气提纯模块输出端与氦气填充模块输入端连接；氦气提纯模块用于提纯回收的低纯度氦气，得到高纯度氦气；

氦气填充模块输出端作为氦气循环设备输出端，用于将获取的高纯度氦气填充至浮空器。

2、所述氦气填充模块还设置有一个输入端，用于连接外部高纯度氦气源。

3、所述系统还包括监测装置1；用于监测浮空器内部氦气纯度和/或浮空器内气压与大气压的压差，根据压差调整氦气抽取或填充速度，使得浮空器囊体气压与大气压的压差在安全范围内。

技术方案二：

一种浮空器内部填充氦气在线纯化方法，所述方法应用于上述的系统，浮空器2锚泊时，氦气循环设备7通过氦气抽取管路5与第一充放气口3连接，抽取浮空器内部低纯度氦气，氦气循环设备7通过氦气填充管路6与第二充放气口4连接，填充高纯度氦气。

本发明的技术方案二的特点和进一步改进为：

1氦气回收模块回收抽取出的低纯度氦气，并将抽取的低纯度氦气传输给氦气提纯模块；

氦气提纯模块提纯抽取的低纯度氦气，得到高纯度氦气，传输给氦气填充模块；

氦气填充模块将获取的高纯度氦气填充至浮空器内；

氦气填充模块的高纯度氦气来自氦气提纯模块提纯后的高纯度氦气或者外部高纯度氦气源。

2监测装置监测浮空器囊体气压与大气压的压差，根据压差调整氦气抽取或填充速度，保证压差在安全范围内。

3浮空器内气压大于大气压，因而当压差高于安全范围时，监测装置加快氦气抽取速度和/或减缓氦气填充速度；

当压差低于安全范围时，监测装置减缓氦气抽取速度和/或加快氦气填充速度。

4监测装置还可以监测浮空器内部氦气纯度，当氦气纯化至接近预定纯度时，同步减缓氦气填充和抽取速度，氦气纯化至预定纯度时，关闭氦气设备，完成氦气在线纯化。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)该氦气在线纯化方法降低了人力资源消耗。对于浮空器，尤其是大中型浮空器，本方案的实施所需人力资源仅为浮空器拆卸回收所需人力资源的20％～30％；

2)该方法避免了对浮空器囊体的损耗和系统部件的反复拆卸安装。

附图说明

图1为浮空器内部填充氦气在线纯化示意图；

图中1为监测装置，2为浮空器，3为第一充放气口，4为第二充放气口，5为氦气抽取管路，6为氦气填充管路，7为氦气循环设备。

具体实施方式

一种浮空器内部填充氦气在线纯化系统，如图1所示，包括：监测装置1、浮空器2、第一充放气口3、第二充放气口4、氦气抽取管路5、氦气填充管路6和氦气循环设备7；

第一充放气口和第二充放气口位于浮空器上，氦气抽取管路一端与第一充放气口连接，另一端与氦气循环设备输入端连接；氦气填充管路一端与第二充放气口连接，另一端与氦气循环设备输出端连接。

一种浮空器内部填充氦气在线纯化方法，所述方法应用于上述的系统，浮空器2锚泊时，氦气循环设备7通过氦气抽取管路5与第一充放气口3连接，抽取浮空器内部低纯度氦气，通过氦气填充管路6与第二充放气口4连接，填充高纯度氦气。

开启氦气循环设备内的氦气回收模块，将抽取的氦气进过循环设备内的氦气提纯模块进行提纯，再开启氦气填充模块将提纯后的高纯度氦气填充至浮空器内部(亦可不经过氦气纯化模块，抽取回收浮空器内部氦气并同步填充高纯度氦气)。

利用监测装置1检测浮空器囊体气压，并根据气囊压差调整氦气抽取或氦气填充速度，保证气囊压差在安全范围。

通常浮空器内气压大于大气压，因而当压差高于安全范围时，加快氦气抽取速度和/或减缓氦气填充速度；进一步地，使抽取速度大于填充速度，使压差下降至安全范围。当压差低于安全范围时，减缓氦气抽取速度和/或加快氦气填充速度，进一步地，使填充速度大于抽取速度，使压差上升至安全范围。

在整个过程中，通过监测装置1检测浮空器内部氦气纯度，当氦气纯化接近预定纯度时，同步减缓氦气填充和抽取速度，在氦气纯化至预定纯度时，关闭氦气循环设备，完成浮空器内部填充氦气的在线纯化。

本发明的技术方案是通过使用氦气循环设备，将氦气回收纯化及填充的同步进行，并利用实时监控和人工调节保证内部气压动态平衡，实现浮空器锚泊状态下的内部氦气纯化。该方法一方面避免了浮空器回收时人力资源的过度消耗，另一方面避免了对浮空器系统的反复拆卸安装，避免了机械损耗和安全隐患。