[发明专利]一种液氮式机载油箱惰化装置

权利要求书

1.一种液氮式机载油箱惰化装置，其特征在于：包括液氮瓶(1)、液氮供应泵(3)、蓄冷器(4)、换热器(6)、油箱(8)、风机(12)及干燥器(13)，液氮瓶(1)中的液氮经蓄冷器(4)冷侧进口进入，蓄冷器(4)用于储存液氮冷能；

蓄冷器(4)冷侧出口连接换热器(6)冷侧入口，换热器(6)冷侧出口连接油箱(8)底部入口，油箱(8)底部设置气盘石(7)将氮气分散均匀并洗涤燃油，构成氮气惰化子系统；

油箱(8)上部气相出口通过风机(12)连接至换热器(6)热侧入口，燃油蒸汽混合物与低温氮气在换热器(6)内进行热交换，换热器(6)热侧出口连接干燥器(13)后再连接至油箱(8)底部入口，构成燃油蒸气冷却系统；

蓄冷器(4)热侧、蒸发器(203)、压缩机(202)通过管道首尾连接组成制冷循环，构成纳米复合相变材料蓄冷子系统；

还包括测控子系统，包括控制器(15)及与之连接的其他各系统中的测控装置。

2.根据权利要求1所述的液氮式机载油箱惰化装置，其特征在于：所述测控子系统的测控装置包括蓄冷器(4)冷侧出口连接的第一电动调节阀(5)、油箱(8)出口连接的第二电动调节阀(11)、干燥器(13)出口连接的第三电动调节阀(14)及设置在油箱(8)内的氧浓度传感器(9)、第一温度传感器(10)；所述控制器(15)分别与所述液氮供应泵(3)、第一电动调节阀(5)、氧浓度传感器(9)、第一温度传感器(10)、第二电动调节阀(11)、风机(12)、第三电动调节阀(14)电气相连，用于根据氧浓度传感器(9)、第一温度传感器(10)的感应数据控制液氮供应泵(3)、第一电动调节阀(5)、第二电动调节阀(11)、风机(12)、第三电动调节阀(14)工作。

3.根据权利要求1所述的液氮式机载油箱惰化装置，其特征在于：所述蓄冷器(4)热侧、节流阀(204)、蒸发器(203)、压缩机(202)、第四电动调节阀(201)通过管道依次连接组成制冷循环；所述蒸发器(203)内安装有第二温度传感器(205)；

所述控制器(15)分别和所述第四电动调节阀(201)、压缩机(202)、节流阀(204)、第二温度传感器(205)电气相连，用于根据第二温度传感器(205)的感应数据控制第四电动调节阀(201)、压缩机(202)、节流阀(204)工作。

4.根据权利要求1所述的液氮式机载油箱惰化装置，其特征在于：所述蓄冷器(4)内填充有纳米复合相变材料，为乙二醇/正庚醇有机相变材料与石墨烯纳米粒子混合而成，相变温度为-43℃。

5.根据权利要求1所述的液氮式机载油箱惰化装置的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)氮气洗涤惰化过程

液氮瓶在液氮供应泵的作用下流向蓄冷器，把冷能储存在纳米复合材料中并汽化，汽化后氮气通过换热器的冷侧通道与热侧通道进行热交换，温度上升，经气盘石分散均匀后进入油箱，将油箱内的燃油进行洗涤，使氧气从燃油中逸出，并对油箱上部空间气体进行置换，排出氧气，惰化油箱；

2)冷却惰化过程

油箱上部的燃油蒸汽混合物经风机吸入换热器的热侧通道，在低温氮气的热交换作用下，温度降低并液化，再经干燥器除去水蒸气，与低温氮气混合后回流至油箱，降低油箱内的燃油温度，使燃油蒸汽混合物的燃油蒸汽含量降低达到惰化目的；

3)蓄冷式制冷循环

蓄冷器吸收液氮携带的冷能并存储在纳米复合相变材料中，制冷剂在蒸发器吸热后变为蒸气，制冷剂蒸气被压缩机增压后在蓄冷器热侧冷凝放热，液化后的制冷剂通过节流阀后重新回到蒸发器，形成制冷循环。

6.根据权利要求5所述的液氮式机载油箱惰化装置的工作方法，其特征在于：还包括氮气惰化子系统及燃油蒸气冷却系统的数据采集及控制过程：蓄冷器冷侧出口连接第一电动调节阀、油箱出口连接第二电动调节阀、干燥器出口连接第三电动调节阀；油箱上部的氧浓度传感器、第一温度传感器探头伸入油箱上部空间，监测氧浓度与温度并将数据传给控制器，当氧浓度低于设定值时，控制器输出信号控制液氮供应泵、第一电动调节阀、第二电动调节阀、风机、第三电动调节阀工作，高于设定值则控制上述器件停止工作。

7.根据权利要求5所述的液氮式机载油箱惰化装置的工作方法，其特征在于：还包括纳米复合相变材料蓄冷子系统的数据采集及控制过程：蓄冷器热侧、节流阀、蒸发器、压缩机、第四电动调节阀通过管道依次连接组成制冷循环，蒸发器内安装有第二温度传感器，用于监测蒸发器温度，并将数据传给控制器，当温度高于设定值时，控制器输出信号控制第四电动调节阀、压缩机、节流阀工作，高于设定值则控制上述器件停止工作。