CN111071465A - 一种低温冷冻制氮油箱惰化***及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低温冷冻制氮油箱惰化***及其工作方法，属于防火防爆技术领域。本发明的工作方法为从飞机发动机引气经过过滤、换热以及除水装置后被机载制冷装置冷凝为液态空气，液态空气在精馏塔中分离形成富氮液体及富氧液体。其中富氮液体储存后经减压作用可用于飞机油箱惰化，降低油箱可燃性，保护飞机飞行安全；富氧液体经减压后可用于飞机座舱供氧。该油箱惰化***可将富氮气体进行储存，减少对发动机引气的影响，满足全飞行包线和极端条件下飞机油箱惰化需求，同时可用于座舱失压时供给氧气，保障飞行安全。

Description

一种低温冷冻制氮油箱惰化***及其工作方法
技术领域
本发明涉及防火防爆技术领域，涉及一种低温冷冻制氮油箱惰化***及其工作方法。
背景技术
飞机油箱气相空间氧气浓度大于最低可燃极限氧气浓度时，当存在外部点火源时，油箱极易发生燃烧***导致机毁人亡。油箱惰化技术是一种高效、经济的降低油箱可燃性，减少火灾发生的方法，它是利用氮气或二氧化碳等惰性气体充入油箱气相空间置换出其中的氧气，使其低于燃油燃烧所需的最低可燃极限氧气浓度，达到油箱惰化的目的。
目前应用最广泛且技术最为成熟的油箱惰化技术主要有机载中空纤维膜制氮惰化***，它是利用中空纤维膜分离飞机发动机高压引气，形成高浓度富氮气体，进行油箱惰化。但随着对油箱惰化技术研究的深入，中空纤维膜制氮惰化技术也暴露出越来越多的问题，比如所需引气压力高从而对发动机性能产生不得影响；膜比易堵塞且寿命短造成维护费用增大；而且在飞机下降阶段由于外界压力增大，大量空气进入油箱导致氧气浓度迅速增大，导致中空纤维膜制氮惰化***不能满足惰化要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出了一种低温冷冻制氮油箱惰化***及其工作方法，本发明利用微型精馏塔实现氧氮分离，可满足全飞行包线和极端条件下飞机油箱惰化需求，减少对发动机引气的影响，保障飞行安全，同时可提供大量富氧气体用于飞机座舱增压和供氧。
本发明是这样实现的：
一种低温冷冻制氮油箱惰化***，该***包括空气过滤器，所述的空气过滤器入口连接飞机发动机引气，所述的空气过滤器出口依次连接第一换热器、第二换热器、第三换热器、水分离器、第四换热器；所述的第二换热器位于精馏塔内部下方；所述的第四换热器后端依次连接有蒸发器、第一截止阀，所述的第一截止阀连接于精馏塔。本发明中利用精馏塔的低温冷冻制氮，以利用机载制冷设备进行氧氮分离，利用精馏塔分离出富氧液体存储于富氧液体储罐用于座舱增压及供氧，同时分离储存大量富氮液体存储于富氮液体储罐，富氮液体储存后经减压作用可用于飞机油箱惰化，降低油箱可燃性，保护飞机飞行安全，富氧液体经减压后可用于飞机座舱供氧。
所述的精馏塔分别还设置有富氮液体出口以及富氧液体出口；所述的精馏塔的富氧液体出口依次连接有第二截止阀、富氧液体储罐、第三截止阀、飞机座舱；所述的精馏塔的富氮液体出口依次连接有第四截止阀、富氮液体储罐、第五截止阀；所述的第五截止阀出口与第四换热器热侧通道入口连接；所述的第四换热器热侧通道出口连接飞机油箱的惰气入口，飞机油箱上端还设置通气口与外界环境连通。
进一步，所述的第一换热器的两个热侧通道分别与空气过滤器、第二热器连接，第一换热器冷侧通道通入冲压空气并排向外界环境。
进一步，所述的第三换热器的两个热侧通道与第二换热器、水分离器）连接，冷侧通道通入冲压空气并排向外界环境。
进一步，所述的蒸发器的两个热侧通道分别与第四换热器、第一截止阀连接。
进一步，所述的蒸发器还连接有制冷压缩机、冷凝器、节流阀，具体的，所述蒸发器的冷侧通道出口与制冷压缩机入口连接，蒸发器冷侧通道入口与节流阀出口连接；所述的制冷压缩机出口与节流阀入口之间连接有冷凝器。通过制冷压缩机、蒸发器、节流阀以及冷凝器组成的制冷***进行低温液化，空气冷冻成液体，进入精馏塔进行精馏。
本发明还公开了一种低温冷冻制氮油箱惰化***的工作方法，其特征在于，所述的方法如下：
飞机发动机引气经过空气过滤器过滤除杂后通过第一换热器进行降温，后进入第二换热器，第二换热器位于精馏塔内部下方，进入第二换热器利用冷冻液体换热降温，随后进入第三换热器利用低温冲压空气降温，经过水分离器后空气中的水被分离除去，接着利用第四换热器继续降温；
进入蒸发器后由制冷压缩机、蒸发器、节流阀以及冷凝器组成的制冷***进行低温液化，空气冷冻成液体，进入精馏塔进行精馏；
精馏塔中的氮气首先从液态空气中分离出来形成富氮气体，接着在精馏塔内冷凝形成富氮液体，富氮液体进入富氮液体储罐，并经过第五截止阀和第四换热器热侧通道后进入飞机油箱气相空间，置换出其中的氧气并排向外界环境；同时精馏塔的富氧液体经第二截止阀储存于富氧液体储罐，并经过第三截止阀进入飞机座舱进行供氧。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明利用第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器进行多次的引气降温，后进入的由制冷压缩机、蒸发器、节流阀以及冷凝器组成的制冷***进行低温液化，空气冷冻成液体，进入精馏塔进行精馏，利用低温冷冻制氮进行油箱惰化的技术，即利用机载制冷设备进行氧氮分离，利用精馏塔分离出富氧液体用于座舱增压及供氧，同时分离储存大量富氮液体用于油箱惰化；
本发明利用冷冻制氮的方法进行空气分离并储存富氮气体用于油箱惰化，同时储存富氧气体用于座舱增压和供氧，可保障飞机在全飞行包线及极端条件下的油箱惰化需求，减少发动机引气对其性能的影响，保障飞机安全。
附图说明
图1为本发明实施例中一种冷冻制氮油箱惰化***的示意图；
图中，1、空气过滤器，2、第一换热器，3、第二换热器，4、第三换热器，5、水分离器，6、第四换热器，7、蒸发器，8、第一截止阀，9、精馏塔，10、第二截止阀，11、富氧液体储罐，12、第三截止阀，13、飞机座舱，101、第五截止阀，102、富氮液体储罐，103、第四截止阀，201、飞机油箱，202、节流阀，203、冷凝器，204、制冷压缩机。
具体实施方式
本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。
如图1所示，本发明的低温冷冻制氮油箱惰化***包括空气过滤器1、第一换热器2、第二换热器3、第三换热器4、水分离器5、第四换热器6、蒸发器7、第一截止阀8、精馏塔9、第二截止阀10、富氧液体储罐11、第三截止阀12、飞机座舱13。
空气过滤器1入口连接飞机发动机引气，第一换热器2热侧通道与空气过滤器1和第二热器3连接，冷侧通道通入冲压空气并排向外界环境；第二换热器3放置于精馏塔9内部下方；第三换热器4热侧通道与第二换热器3和水分离器5连接，冷侧通道通入冲压空气并排向外界环境；蒸发器7热侧通道与第四换热器6和第一截止阀8连接。蒸发器7冷侧通道出口与制冷压缩机204入口连接，蒸发器7冷侧通道入口与节流阀202出口连接；所述制冷压缩机204出口与节流阀202入口之间连接有冷凝器203。利用制冷压缩机204、蒸发器7、节流阀202以及冷凝器203组成的制冷***进行低温液化，空气冷冻成液体，进入精馏塔9进行精馏。
精馏塔9分别还设置有富氮液体出口以及富氧液体出口；精馏塔9的富氧液体出口依次连接有第二截止阀10、富氧液体储罐11、第三截止阀12、飞机座舱13；精馏塔9的富氮液体出口依次连接有第四截止阀103、富氮液体储罐102、第五截止阀101；所述的第五截止阀101出口与第四换热器6热侧通道入口连接；所述的第四换热器6热侧通道出口连接飞机油箱201的惰气入口，飞机油箱201上端还设置通气口与外界环境连通。
本发明中低温冷冻制氮油箱惰化***工作方法，包含以下过程：
飞机发动机高温高压引气经过空气过滤器1过滤除杂后通过第一换热器2进行降温，进入第二换热器3后利用冷冻液体换热降温，随后进入第三换热器4利用低温冲压空气降温，经过水分离器5后空气中的被分离除去，接着利用第四换热器6继续降温，进入蒸发器后由制冷压缩机204、蒸发器7、节流阀202以及冷凝器203组成的制冷***进行低温液化，空气冷冻成液体，进入精馏塔9进行精馏，氮气首先从液态空气中分离出来形成富氮气体，接着在精馏塔9内冷凝形成富氮液体，富氮液体进入富氮液体储罐102，并经过第五截止阀101和第四换热器6热侧通道后进入飞机油箱201气相空间，转换出其中的氧气并排向外界环境。同时精馏塔9底部的富氧液体经第二截止阀10储存于富氧液体储罐11，并经过第三截止阀12进入飞机座舱13进行供氧。利用该***的工作方法可满足全飞行包线和极端条件下飞机油箱惰化需求，减少对发动机引气的影响，保障飞行安全，同时可提供大量富氧气体用于飞机座舱增压和供氧。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种低温冷冻制氮油箱惰化***，其特征在于，所述的***包括空气过滤器（1），所述的空气过滤器（1）入口连接飞机发动机引气，所述的空气过滤器（1）出口依次连接第一换热器（2）、第二换热器（3）、第三换热器（4）、水分离器（5）、第四换热器（6）；所述的第二换热器（3）位于精馏塔（9）内部下方；所述的第四换热器（6）后端依次连接有蒸发器（7）、第一截止阀（8），所述的第一截止阀（8）连接于精馏塔（9）；
所述的精馏塔（9）分别还设置有富氮液体出口以及富氧液体出口；
所述的精馏塔（9）的富氧液体出口依次连接有第二截止阀（10）、富氧液体储罐（11）、第三截止阀（12）、飞机座舱（13）；
所述的精馏塔（9）的富氮液体出口依次连接有第四截止阀（103）、富氮液体储罐（102）、第五截止阀（101）；所述的第五截止阀（101）出口与第四换热器（6）热侧通道入口连接；所述的第四换热器（6）热侧通道出口连接飞机油箱（201）的惰气入口，飞机油箱（201）上端还设置通气口与外界环境连通。
2.根据权利要求1所述的一种低温冷冻制氮油箱惰化***，其特征在于，所述的第一换热器（2）的两个热侧通道分别与空气过滤器（1）、第二热器（3）连接，第一换热器（2）冷侧通道通入冲压空气并排向外界环境。
3.根据权利要求1所述的一种低温冷冻制氮油箱惰化***，其特征在于，所述的第三换热器（4）的两个热侧通道与第二换热器（3）、水分离器（5）连接，冷侧通道通入冲压空气并排向外界环境。
4.根据权利要求1所述的一种低温冷冻制氮油箱惰化***，其特征在于，所述的蒸发器（7）的两个热侧通道分别与第四换热器（6）、第一截止阀（8）连接。
5.根据权利要求1所述的一种低温冷冻制氮油箱惰化***，其特征在于，所述的蒸发器（7）还连接有制冷压缩机（204）、冷凝器（203）、节流阀（202），具体的，所述蒸发器（7）的冷侧通道出口与制冷压缩机（204）入口连接，蒸发器（7）冷侧通道入口与节流阀（202）出口连接；所述的制冷压缩机（204）出口与节流阀（202）入口之间连接有冷凝器（203）。
6.根据权利要求1~5任一所述的一种低温冷冻制氮油箱惰化***的工作方法，其特征在于，所述的方法如下：
飞机发动机引气经过空气过滤器（1）过滤除杂后通过第一换热器（2）进行降温，后进入第二换热器（3），第二换热器（3）位于精馏塔（9）内部下方，进入第二换热器（3）利用冷冻液体换热降温，随后进入第三换热器（4）利用低温冲压空气降温，经过水分离器（5）后空气中的水被分离除去，接着利用第四换热器（6）继续降温；
进入蒸发器后由制冷压缩机（204）、蒸发器（7）、节流阀（202）以及冷凝器（203）组成的制冷***进行低温液化，空气冷冻成液体，进入精馏塔（9）进行精馏；
精馏塔（9）中的氮气首先从液态空气中分离出来形成富氮气体，接着在精馏塔（9）内冷凝形成富氮液体，富氮液体进入富氮液体储罐（102），并经过第五截止阀（101）和第四换热器（6）热侧通道后进入飞机油箱（201）气相空间，置换出其中的氧气并排向外界环境；同时精馏塔（9）的富氧液体经第二截止阀（10）储存于富氧液体储罐（11），并经过第三截止阀（12）进入飞机座舱（13）进行供氧。
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