燃油温度控制系统、燃油制备系统及燃油制备方法与流程

1.本发明涉及燃油系统试验领域。具体来说，本发明涉及一种燃油温度控制系统、一种包括这种燃油温度控制系统的燃油制备系统以及一种燃油制备方法。


背景技术：

2.近年来，由于燃油系统结冰导致的飞行事故多次出现，已经引起了各方适航审定部门的重视，并对燃油系统适航审定提出了新的适航条款，要求民用飞机必须开展燃油系统结冰试验，来验证和说明燃油系统对适航条款的符合性。例如，可参照sae arp 1401b、gjb 3577-99、mh/t9004-2013等飞机燃油系统和部件结冰试验标准进行结冰试验。目前，国外仅b787和a350开展了相关试验，国内相关经验缺乏。
3.特别是，含水量过饱和燃油的冷却降温是燃油系统结冰试验的难点之一，其难点在于试验温度低，而低温状态下燃油中未溶解的水容易聚集结冰，在进行试验燃油调制过程中需兼顾燃油中水的状态、燃油降温速率及燃油温控精度等。因此，燃油制冷系统的设计对整个燃油系统结冰试验的试验效率、试验可靠性、能耗等方面有着重要影响。
4.目前，国内在燃油低温试验方面也取得了一定的成果，其制冷系统设计主要可分为压缩机制冷以及液氮制冷两种类型。由于燃油系统结冰试验所需试验燃油量大且极端试验温度较低，压缩机制冷存在低温冷却性能差、功耗高、噪音大等缺陷。
5.相对于压缩机制冷，以液氮作为冷源，其冷却能力有明显提高。目前主要有两类液氮作为冷源的制冷方式。第一种为液氮直接制冷，例如参见cn205678969u。但这种现有的液氮制冷系统多采用液氮直接通过换热器与燃油进行换热，其温度控制能力较差，容易导致燃油中的水分在换热器中聚集，导致试验燃油含水量降低，甚至试验失败。第二种为中间介质制循环制冷，能够有效提高燃油制冷效率及温度控制精度。例如，cn 205203423u描述了一级换热器无法将试验燃油冷却至目标温度，需使用二级压缩气体再次降温。这种现有方案对压缩机制冷功率要求较高，且采用循环制冷方式，降温过程对燃油中含水量影响很大。
6.总的来说，以上两种方式均采用燃油循环制冷，将配制好的燃油通过制冷设备循环冷却到目标温度。但由于低温燃油在设备中经过多次循环，导致大量水分聚集在循环管路中，燃油含水量明显降低，且含水量很难精准控制。
7.因此，始终存在对能够具备较好的温度控制性能、同时能够保持燃油中的含水量的燃油制备系统的需求，以提高燃油系统结冰试验效率，降低试验成本。


技术实现要素：

8.本发明涉及一种燃油温度控制系统，该燃油温度控制系统可以包括：预冷模块，预冷模块可以包括第一冷媒管路、预冷换热器和第一燃油管路，其中，在第一冷媒管路上流动的冷媒作为冷侧流经预冷换热器，而在第一燃油管路上流动的燃油作为热侧流经预冷换热器，以通过产生热交换来将燃油冷却到预冷温度，预冷温度高于水的冰点温度；终冷模块，终冷模块可以包括第二冷媒管路、终冷换热器和第二燃油管路，其中，在第二冷媒管路上流
动的冷媒作为冷侧流经终冷换热器，而在第二燃油管路上流动的燃油作为热侧流经终冷换热器，以通过产生热交换来将燃油冷却到低于预冷温度的目标温度。
9.本发明的燃油温度控制系统可以将燃油分阶段地冷却到目标温度，由此减少燃油中水分积聚在循环管路内的可能性，实现燃油中含水量精准控制，由此提高燃油系统结冰试验效率。
10.在一些实施例中，终冷换热器可以包括终冷一级换热器和终冷二级换热器，终冷模块还可以包括中间介质换热管路，中间介质可以经由中间介质换热管路在终冷一级换热器和终冷二级换热器之间循环流经，其中，第二冷媒管路上的冷媒流经终冷一级换热器，以使得冷媒通过终冷一级换热器与中间介质实现热交换，并且其中，具有预冷温度的燃油流经终冷二级换热器，以使得中间介质通过终冷二级换热器与燃油实现热交换。
11.通过两级终冷，可以降低对制冷功率的要求，并且符合试验要求，提高制备效率。
12.优选地，第一燃油管路能与用于容纳燃油的燃油储罐流体连通，以使得燃油能经由第一燃油管路和燃油储罐循环流动。通过循环流动可以快速降低燃油的温度，并且可以将具有预冷温度的燃油保持在燃油储罐内，从而为后续终冷做好准备。
13.有利地，第一燃油管路可以包括第一燃油低温管路和第一燃油高温管路，来自燃油储罐的燃油可以经由第一燃油高温管路流向预冷换热器，经预冷换热器热交换的燃油可以经由第一燃油低温管路流回到燃油储罐。由此，可以实现燃油在燃油储罐和预冷换热器之间的单向循环流动。
14.特别是，第二燃油管路的一端可以与用于容纳燃油的燃油储罐流体连通，第二燃油管路的另一端可以与试验油箱流体连通，以使得来自燃油储罐的燃油流经终冷换热器，并且以目标温度直接流入试验油箱。
15.由此，可以直接将燃油按照需求流量冷却至目标温度，避免在零下温度循环换热，有效减少水分的损失，实现燃油含水量精准控制，燃油制备成功率大大提高。
16.尤其是，预冷温度可以为2-5摄氏度，并且/或者终冷温度可以为-5摄氏度到-40摄氏度。
17.通过将预冷温度保持在结冰温度以上，可以避免在预冷过程中在循环管路内发生水和/或冰的聚集，减少水分损失，提高试验准确度。
18.优选的是，第一燃油管路与第二燃油管路可以彼此隔离开设置。通过彼此相对独立的燃油管路，燃油并不是在预冷模块和终冷模块之间循环冷却，而是分阶段地先进行预冷，然后再根据需要独立进行终冷。例如，在预冷和终冷之间可以包括其它阶段或者持续期望的时间段(燃油可以在此过程中保持其预冷温度或者其它更低的合适温度)。
19.本发明还涉及一种燃油制备系统，该燃油制备系统可以包括：如上所述的燃油温度控制系统；冷源装置，用于向燃油温度控制系统提供冷媒；用于容纳燃油的燃油储罐，来自燃油储罐的燃油能通过预冷模块冷却到预冷温度；收集油箱，经预冷模块冷却的燃油能从燃油储罐通过终冷模块以目标温度流入收集油箱。
20.通过本发明的燃油制备系统，可以获得精确可控的燃油含水量，从而提高试验效率，避免过量加水而导致的结果不准确。
21.有利地，该燃油制备系统还可以包括加水模块，加水模块可以构造成在通过预冷模块将燃油储罐内的燃油冷却到预冷温度之前将水加入燃油中，以达到在加水过程中维持
燃油温度的良好效果。
22.另外，本发明还涉及一种燃油制备方法，该燃油制备方法可以包括：预冷步骤：可以通过预冷模块将用于容纳燃油的燃油储罐内的燃油冷却到预冷温度，预冷温度高于水的结冰温度，其中，在预冷模块中，冷媒作为冷侧流经预冷换热器，而来自燃油储罐的燃油作为热侧流经预冷换热器，以产生热交换；终冷步骤：可以通过终冷模块将燃油储罐内的燃油冷却到低于预冷温度的目标温度，其中，在终冷模块中，冷媒可以作为冷侧流经终冷换热器，而来自燃油储罐的燃油可以作为热侧流经终冷换热器，以产生热交换。
23.借助本发明的燃油制备方法，可以通过预冷步骤实现燃油初步调温，并维持在预冷温度，能够有效避免循环过程中水分结冰聚集，同时降低对终冷步骤的制冷功率需求。通过终冷步骤，可以直接将燃油按照需求流量冷却至目标温度，燃油制备的成功率由此可大幅提高。
24.尤其是，终冷步骤可以在完成预冷步骤之后执行。由此，可以灵活地在需要时完成将燃油冷却到目标温度的任务，而无需在达到预冷温度后马上进行终冷。
25.优选地，可以在执行预冷步骤之前对燃油进行加水。
26.特别优选的是，终冷步骤可以包括使燃油以目标温度流入收集油箱。由此，可以避免在结冰温度下循环换热，实现了燃油含水量的精准控制。
附图说明
27.图1示意地示出了根据本发明的一个实施例的燃油制备系统的流路原理图。
28.附图标记列表：
29.100
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燃油温度控制系统；
30.120
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液氮管路；
31.121
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第一冷媒管路；
32.122
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第二冷媒管路；
33.132
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电磁阀；
34.134
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温度传感器；
35.135
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预冷燃油循环泵；
36.137
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终冷燃油循环泵；
37.140
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排放管路；
38.142
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氮气排放口；
39.150
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预冷换热器；
40.162
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第一燃油低温管路；
41.164
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第一燃油高温管路；
42.172
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终冷一级换热器；
43.174
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终冷二级换热器；
44.182
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低温中间介质换热管路；
45.184
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高温中间介质换热管路；
46.186
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中间介质循环泵；
47.187
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中间介质流量计；
48.188
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中间介质流量调节阀；
49.189
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中间介质储罐；
50.192
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第二燃油低温管路；
51.194
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第二燃油高温管路；
52.210
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冷源装置；
53.220
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燃油储罐；
54.230试验油箱。
具体实施方式
55.下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
56.本发明主要涉及燃油系统试验领域。尽管本发明主要旨在解决在对燃油进行冷却或者说制冷过程中如何减少因水分聚集在制冷系统内部而导致对燃油含水量无法精确控制、进而导致试验结果不准确或试验效率低下的问题，但本发明的燃油温度控制系统、燃油制备系统和燃油制备方法不限于燃油试验的应用，而是可以用于需要控制燃油内含水量的任何目标场合。
57.尽管本发明以飞机燃油为例进行说明，但本发明的系统和方法不限于应用于航空航天领域，例如也可以用于船舶、车辆、作业机械等场合，只要这些场合在冷却燃油过程中需要控制其内的含水量即可。
58.本发明的燃油温度控制系统可以作为燃油制备系统的一部分，以在燃油制备过程中控制燃油的冷却温度和燃油含水量没有不期望地减少。但可以理解到，本发明的燃油温度控制系统也可以独立于燃油制备系统的其它装置或模块提供，例如单独设置或出售。
59.在本发明中，术语“模块”意在涵盖实现既定功能(例如，预冷、终冷等)的各种装置、部件，“模块”也可以视作为一个系统来工作，“模块”可以包括自己独立的控制装置，但也可以由整个系统的控制器来进行上位控制。
60.在本发明中，术语“管路”是指容纳流体的各种管状流路，其横截面形状不限，其物理参数、例如流动阻力、直径等也不限制，只要其能实现规定的功能(例如，流体传递)即可。
61.首先，本发明包括一种燃油温度控制系统100，其用于将燃油的温度控制到、主要是降低到目标温度。在此，待控制的燃油不限于是来自于容纳燃油的装置内的燃油，而是可以是在燃油管路上流动的燃油。
62.根据本发明的燃油温度控制系统100可以实现对燃油温度的分阶段控制。为此，燃油温度控制系统100可以包括两个不同的冷却系统或模块。这两个冷却系统或模块彼此相对独立，即二者不是彼此串联工作的，这不同于现有技术中的两级冷却。但值得注意的是，“彼此相对独立”并不排除二者之间共同部分管路或元件，这仅表示二者各自功能的实现无需依赖于另一者的同时运行。
63.具体来说，燃油温度控制系统100包括预冷模块，用于将燃油温度降低到预冷温度。该预冷温度通常低于、尤其是显著低于燃油在冷却前的温度。在此，本发明不排除在利用预冷模块来将燃油冷却到预冷温度之前对燃油进行其它温度控制，例如保持在高于、特别是显著高于预冷温度的期望温度下。
64.预冷模块可以包括第一冷媒管路121，冷媒、尤其是来自于冷源装置210的冷媒可以在该第一冷媒管路121上流动。在本发明中，冷媒例如是液氮，但也可以设想其它已知的制冷剂。冷源装置210可以属于预冷模块的一部分，但可以独立于预冷模块设置。
65.预冷模块还可以包括第一燃油管路，燃油、特别是待进行系统结冰试验的燃油可以在该第一燃油管路上流动。该燃油可以来自于用于容纳燃油的燃油储罐220。燃油储罐220可以属于预冷模块的一部分，但可以独立于预冷模块设置。在本发明中，术语“储罐”可以是指用于容纳燃油的任何合适形式的容器，该术语并未对容器的形状、尺寸、密封性作限定。但可以理解到，第一燃油管路上的待预冷的燃油可以并不来自于燃油储罐220，而是来自于其它燃油管线。
66.为了实现冷却，预冷模块可以包括预冷换热器150，尤其是仅一个预冷换热器150。通常，换热器包括冷侧(或称冷端)和热侧(或称热端)，在冷侧和热侧上分别流动的流体可以彼此并不直接接触。在本发明中，在第一冷媒管路121上流动的冷媒、例如液氮作为冷侧流经预冷换热器150，而在第一燃油管路上流动的燃油作为热侧流经预冷换热器150，以通过产生热交换来将(第一燃油管路上流动的)燃油冷却到预冷温度，即实现预冷降温。
67.在本发明中，预冷温度应保持在水的冰点温度以上，通常是零摄氏度以上(但取决于压力也可以有不同的冰点温度)。通过使预冷温度高于冰点温度，即便在预冷模块内燃油进行循环冷却，燃油中的水分也不会积聚在管路内(即，燃油中游离的水不会结冰)，进而导致燃油含水量无法精确地确定。优选地，预冷温度为2-5摄氏度，即略高于水的冰点温度的温度。
68.如前所述，可以在将燃油冷却到预冷温度之前，也利用换热器、例如预冷换热器150将燃油温度控制在、特别是维持在一个高于预冷温度的温度下。该温度例如可以是25-35摄氏度，特别是26-32摄氏度，例如29摄氏度。
69.本发明的燃油温度控制系统100还包括终冷模块，用于将燃油冷却到低于预冷温度的目标温度。目标温度通常为零下，优选为-5摄氏度到-40摄氏度，例如-5摄氏度、-10摄氏度、-11摄氏度、-12摄氏度、-13摄氏度、-14摄氏度、-20摄氏度、-25摄氏度、-30摄氏度、-40摄氏度等。但值得注意的是，尽管本发明仅描述了预冷模块和终冷模块，但并不排除燃油温度控制系统100还可以包括其它冷却模块，用于将燃油冷却到位于预冷温度与目标温度之间的任何合适温度。
70.终冷模块可以包括第二冷媒管路122，冷媒、尤其是来自于冷源装置210的冷媒可以在该第二冷媒管路122上流动。如前所述，冷媒例如是液氮，但也可以设想其它已知的制冷剂。冷源装置210可以属于终冷模块的一部分，但可以独立于终冷模块设置。
71.用于向预冷模块提供冷媒的冷源装置210和用于向终冷模块提供冷媒的冷源装置210可以是同一个，且优选是同一个，但这不是必须的。第一冷媒管路121和第二冷媒管路122优选是可以共用至少一部分的管段，尤其是刚离开冷源装置210的管路和将流向冷媒回收装置的管路。在冷媒是液氮的情况下，冷媒回收装置例如可以是氮气排放口142。
72.在本发明中，第一冷媒管路121和第二冷媒管路122共用部分管路并不影响预冷模块和终冷模块的相对独立性。例如，从冷源装置210出发的冷媒管路可以分叉为多路，其中一路通向预冷换热器150，另一路通向下文将描述的终冷换热器。还例如，在经过预冷换热器150后、即沿冷媒流动方向看在预冷换热器150下游的第一冷媒管路121与在经过终冷换
热器后、即冷媒流动方向看在终冷换热器下游的第二冷媒管路122可以通过共用的管路汇合到冷媒收集装置，因为这基本不会影响到预冷模块和终冷模块的各自运行。尽管未详细描述，但本领域技术人员可以理解到在此可以设有转换阀或者多通阀，以进行流路的切换或保持。
73.终冷模块可以包括第二燃油管路，燃油、特别是待进行系统结冰试验的燃油可以在该第二燃油管路上流动。该燃油可以来自于用于容纳燃油的燃油储罐220。优选地，从燃油储罐220流入第二燃油管路的燃油的温度已经具有了预冷温度，例如2-5摄氏度。但可以理解到，流入第二燃油管路的燃油的温度也可以在预冷温度上下浮动(例如，由于燃油储罐220外环境的剧烈波动)，这并不影响本发明的功能性。
74.终冷模块可以终冷换热器。如前所述，换热器包括冷侧(或称冷端)和热侧(或称热端)，在冷侧和热侧上分别流动的流体可以彼此并不直接接触。在本发明中，在第二冷媒管路122上流动的冷媒、例如液氮作为冷侧流经终冷换热器，而在第二燃油管路上流动的燃油(例如，已具有预冷温度的燃油)作为热侧流经终冷换热器，以通过产生热交换来将(第二燃油管路上流动的)燃油冷却到目标温度。
75.如果在预冷模块与终冷模块之间不设置进一步的冷却模块，则预冷温度与目标温度之间可能相距较大，例如15摄氏度以上，可以将终冷换热器设计成多级、特别是两级换热装置，但这不是必须的。
76.具体来说，终冷换热器可以包括终冷一级换热器172和终冷二级换热器174。为此，终冷模块还可以包括中间介质换热管路，中间介质经由中间介质换热管路在终冷一级换热器172和终冷二级换热器174之间循环流经。在此情况下，第二冷媒管路122上的冷媒作为冷侧流经终冷一级换热器172，以使得冷媒通过终冷一级换热器172与中间介质实现热交换，即冷媒使中间介质冷却。而燃油、特别是已具有预冷温度的燃油作为热侧流经终冷二级换热器174，以使得中间介质通过终冷二级换热器174与燃油实现热交换，即中间介质使燃油冷却。因此，中间介质可以在中间介质换热管路中循环流动，终冷一级换热器172和终冷二级换热器174相对于中间介质换热管路可以说是彼此串联布置的。
77.有利地，在中间介质换热管路上可以布置有中间介质循环泵186、中间介质流量计187、中间介质流量调节阀188中的至少一者，优选是三者。
78.由于本发明涉及的是分阶段冷却，而不是多级冷却，因此第一燃油管路优选与第二燃油管路彼此隔离开设置。更优选的是，预冷模块与终冷模块也相对隔离(除了在一些实施例中可以有部分共用的管路外)。
79.对于预冷模块来说，第一燃油管路优选是与前述用于容纳燃油的燃油储罐220流体连通，以使得燃油能经由第一燃油管路和燃油储罐220循环流动。在预冷过程中，由于通过预冷换热器150将燃油预冷至不低于零度的预冷温度(优选略高于零度)并维持，能够有效防止燃油循环降温过程中水分在循环系统管路中结冰聚集，而导致燃油中的含水量快速下降。
80.在一些实施例中，第一燃油管路可以包括第一燃油低温管路162和第一燃油高温管路164，来自燃油储罐220的燃油经由第一燃油高温管路164流向预冷换热器150，而经预冷换热器150热交换的燃油经由第一燃油低温管路162流回到燃油储罐220。换言之，将沿燃油流动方向看在预冷换热器150上游的管路称为第一燃油高温管路164，并将沿燃油流动方
向看在预冷换热器150下游的管路称为第一燃油低温管路162(因为在该管路上的燃油已被冷却)。因此，可以实现燃油的单向循环流动。
81.对于终冷模块来说，优选地，第二燃油管路的一端可以与用于容纳燃油的燃油储罐220流体连通，而第二燃油管路的另一端则可以与试验油箱230流体连通，以使得来自燃油储罐220的燃油在流经终冷换热器进一步冷却(例如，冷却到目标温度)后直接流入试验油箱230。换言之，冷却到目标温度的燃油不再重新回到燃油储罐220中进行循环，而是直接以目标温度流向试验油箱230。由于加注到试验油箱230中，低温燃油无需循环制冷，能够有效减少燃油中水分在制冷循环系统中聚集的可能性，从而有利地实现燃油中含水量的精准控制，同时能够大幅度减少燃油初始加水量(不会因为水分减少而往燃油中加注过多的水)和燃油配制时间，并且提高燃油配制成功率。此外，可以理解到，在目标温度上下略有浮动的温度也在本发明的范围内。
82.有利地，在第一燃油管路上可以布置有预冷燃油循环泵135和预冷燃油流量调节阀中的至少一者，优选是两者。还有利地，在第二燃油管路上可以布置有终冷燃油循环泵137和终冷燃油流量调节阀中的至少一者，优选是两者。
83.此外，本发明还涉及一种燃油制备系统，其可以制备例如用于进行结冰试验的燃油。该燃油制备系统可以包括上述燃油温度控制系统100。该燃油制备系统还可以包括冷源装置210，用于向燃油温度控制系统100提供冷媒，但也可以设想冷源装置210属于燃油温度控制系统100的一部分。
84.另外，该燃油制备系统还可以包括用于容纳燃油的燃油储罐220，来自该燃油储罐220的燃油能通过预冷模块冷却到预冷温度。如前所述，经预冷的燃油优选流回到燃油储罐220内，并不断循环流动，以使得燃油储罐220内的燃油均达到预冷温度。燃油储罐220内的燃油的体积可以根据需要、例如试验要求、冷却时间等因素来进行考虑。
85.此外，该燃油制备系统还可以包括试验油箱230，经预冷模块冷却的燃油能从燃油储罐220借助终冷模块以目标温度流入试验油箱230。但可以理解到，本发明的燃油制备系统还可以包括其它容纳已冷却到目标温度的燃油的容器，不一定局限于是试验目的用的油箱，例如任何合适形式的收集容器或收集油箱。
86.优选地，燃油制备系统可以包括加水模块，该加水模块用于在冷却燃油之前对燃油进行加水或称注水。在加水过程中，可以通过冷却模块、例如预冷模块来将燃油维持在指定温度，例如25-30摄氏度。优选的是，加水模块可以构造成在通过预冷模块将燃油储罐220内的燃油冷却到预冷温度之前将水加入燃油中，而不是在预冷过程开始时直接向第一燃油管路内的燃油进行加水。
87.更具体来说，燃油加水持续时间可以例如为1-2个小时。优选地，加水过程中燃油需要不断地循环搅拌，不加干预的话，燃油温度可能会不断上升。推荐的加水温度为29℃
±
3℃。利用预冷模块能够将燃油维持在加水所需的温度，即预冷模块不仅仅能够将含水燃油冷却至预冷温度，还能够在加水过程中维持燃油温度。
88.最后，本发明还涉及一种燃油制备方法，该方法包括至少两个步骤。方法可以包括预冷步骤：将用于容纳燃油的燃油储罐220内的燃油冷却到预冷温度，该预冷温度大于零摄氏度。预冷步骤主要借助于预冷模块执行，在该预冷模块中，冷媒作为冷侧流经预冷换热器150，而燃油、例如来自燃油储罐220的燃油作为热侧流经预冷换热器150，以产生热交换。
89.方法可以包括终冷步骤：将燃油储罐220内的燃油冷却到低于预冷温度的目标温度。终冷步骤主要借助于终冷模块执行，在该终冷模块中，冷媒作为冷侧流经终冷换热器，而来自燃油储罐220的燃油作为热侧流经终冷换热器，以产生热交换。如前所述，终冷换热器可以构造成多级、特别是两级换热器，在此不再赘述。
90.优选地，终冷步骤可以在完成预冷步骤之后执行。在此，“完成”是指通过循环流动，燃油储罐220内的燃油的温度已达到预冷温度。换言之，终冷步骤不与预冷步骤同时进行，而是在时间上分阶段地进行，且彼此相对独立运行，而不是串联多级运行。
91.还优选地，在执行预冷步骤之前对燃油进行加水。更优选的是，在加水过程中将燃油保持在指定温度下，该指定温度显著高于预冷温度，例如高出20-28摄氏度。
92.可以理解到，本发明的方法不限于仅上述两个冷却步骤，而是可以包括在它们之间的其它冷却步骤，以使燃油冷却到处于预冷温度和目标温度之间的某个冷却温度。但优选地，本发明仅包括预冷和终冷两个冷却阶段。
93.此外，在终热模块或终热步骤中，如果采用两级冷却，则可以根据需要、例如根据试验要求确定待冷却到的目标温度t3。然后，根据初始温度t1(例如，预冷温度)、目标温度t2、所期望的燃油流量、换热器的物理参数(例如，换热系数、换热面积等)等来确定(例如，计算)中间介质冷却温度t2和中间介质流量s2，从而使得单级冷却不用产生过大的冷却温差(即，冷侧和热侧之间的温差可以小于例如13摄氏度)。
94.通过本发明的燃油制备系统和方法，可以借助两个相对独立的冷却模块，预冷系统实现燃油初步调温，并维持在预冷温度，能够有效避免循环过程中水分在循环管路中结冰聚集，同时降低终冷系统的制冷功率需求。而终冷系统则可以直接将燃油按照需求流量冷却至目标温度，避免结冰温度以下的循环换热，有效减少水分的损失，实现燃油含水量精准控制，燃油配置成功率由此大幅提高。
95.下面，借助图1来进一步阐释本发明的燃油制备系统的布局。但可以理解到图1仅仅是示例性的，本发明可以采用与图1不同的装置和布局。
96.图1的实施例示出以液氮作为冷媒的燃油制备系统，能够满足燃油低温试验所需的低温含水燃油的配制要求。该燃油制备系统可以包括燃油温度控制系统100、燃油储罐220、加水模块及试验油箱230等。加水模块主要用于在对燃油冷却之前向其加水。
97.首先，可以在燃油加水过程中维持其燃油温度，例如25-30摄氏度。燃油温度的维持可以利用本发明的预冷模块，但也可以利用其它温度控制装置，其可以灵活调节燃油的温度。
98.随后，可以将燃油预冷到高于结冰温度的预冷温度，例如2-5摄氏度。优选地，在实现预冷温度后，可以将燃油继续维持在该温度下。
99.如图1中所示，液氮储罐作为冷源装置210，用于提供冷媒。液氮通过(一段共用的)液氮管路120流向预冷换热器150或终冷换热器。在此，液氮可以经由第一冷媒管路121流向预冷换热器150。液氮也可以经由第二冷媒管路122流向终冷换热器。在第一冷媒管路121上流动的液氮在经过预冷换热器150之后流向氮气排放口142。在预冷换热器150下游的管路也可以称为排放管路140。
100.在预冷换热器150的热侧，图1示出了第一燃油管路，其可以分为第一燃油低温管路162和第一燃油高温管路164。来自燃油储罐220的燃油经由第一燃油高温管路164流向预
冷换热器150，经预冷换热器150热交换的燃油经由第一燃油低温管路162流回到燃油储罐220。由于第一燃油管路连接在燃油储罐220和预冷换热器150之间，因而燃油可以在它们之间的回路上循环，因而该第一燃油管路也可以称为燃油循环管路。
101.除了上述装置、部件之外，图1还示出了多个温度传感器134，其例如可以分别布置在第一燃油低温管路162和/或第一燃油高温管路164上。此外，为了使燃油循环流动，还设置有预冷燃油循环泵135。另外，为了调节流量，还可以设置有冷燃油流量调节阀。
102.在图1的实施例中，在预冷过程中，可以通过电磁阀132控制液氮喷入预冷换热器150，以与燃油进行换热，并通过使预冷燃油循环流动而将燃油混合均匀。在此，通过控制液氮的喷入量，可以达到燃油冷却/维持的要求。
103.然后，可以将燃油冷却到低于预冷温度的目标温度。在图1的实施例中，终冷模块或终冷步骤主要用于实现按照需求流量将燃油从预冷温度冷却至目标(试验)温度。
104.终冷模块可以包括电磁阀132、终冷一级换热器172、低温中间介质换热管路182(或称低温中间介质循环管路)、高温中间介质换热管路184(或称高温中间介质循环管路)、多个温度传感器134、中间介质循环泵186、中间介质储罐189、中间介质(循环)流量调节阀188、终冷二级换热器174、第二燃油高温管路194(也称终冷高温燃油循环管路)、终冷低温燃油循环管路、预冷燃油流量调节阀、预冷燃油循环泵135。
105.在终冷过程中，可以通过电磁阀132控制液氮喷入终冷一级换热器172的量来调节中间介质温度，再通过中间介质循环泵及循环管路，实现中间介质在终冷一级换热器172和终冷二级换热器174之间循环。中间介质循环过程将冷量传递到燃油，根据需求调节燃油流量，通过对中间介质温度及循环流量进行匹配控制，可以实现燃油经终冷(二级)换热器进行热交换后达到目标温度，并最后直接加注到试验油箱230中。
106.至此，本发明的预冷采用循环制冷，液氮直喷无温差限制，冷量充沛，且管路中不会积聚水分，而本发明的终冷采用直接制冷，按照燃油流量需求通过换热器一次性冷却至目标温度，无需循环制冷，含水量相当稳定。
107.尽管在各附图中参照了飞机领域的结冰试验用燃油来描述了本发明的各种实施例，但应当理解到，本发明的范围内的实施例可应用至具有相似结构和/或功能的其它应用场合中，例如船舶、车辆等。
108.前面的描述已经给出了许多特征和优点，包括各种替代的实施方式，以及装置和方法的结构和功能的细节。本文的意图是示例性的，并不是穷尽性的或限制性的。
109.对于本领域的技术人员来说显然可对由所附权利要求所表达的术语的宽泛上位含义所指示的全部范围内做出各种改型，尤其是在结构、材料、元素、部件、形状、尺寸和部件的布置方面，包括这些方面在此处所描述的原理范围内的结合。在这些各种改型未偏离所附权利要求的精神和范围的程度内，意味着它们也包含于此。

技术特征：
1.一种燃油温度控制系统，其特征在于，所述燃油温度控制系统包括：预冷模块，所述预冷模块包括第一冷媒管路、预冷换热器和第一燃油管路，其中，在所述第一冷媒管路上流动的冷媒作为冷侧流经所述预冷换热器，而在所述第一燃油管路上流动的燃油作为热侧流经所述预冷换热器，以通过产生热交换来将燃油冷却到预冷温度，所述预冷温度高于水的冰点温度；终冷模块，所述终冷模块包括第二冷媒管路、终冷换热器和第二燃油管路，其中，在所述第二冷媒管路上流动的冷媒作为冷侧流经所述终冷换热器，而在所述第二燃油管路上流动的燃油作为热侧流经所述终冷换热器，以通过产生热交换来将燃油冷却到低于所述预冷温度的目标温度。2.如权利要求1所述的燃油温度控制系统，其特征在于，所述终冷换热器包括终冷一级换热器和终冷二级换热器，所述终冷模块还包括中间介质换热管路，中间介质经由所述中间介质换热管路在所述终冷一级换热器和所述终冷二级换热器之间循环流经，其中，所述第二冷媒管路上的冷媒流经所述终冷一级换热器，以使得所述冷媒通过所述终冷一级换热器与所述中间介质实现热交换，并且其中，具有所述预冷温度的燃油流经所述终冷二级换热器，以使得所述中间介质通过所述终冷二级换热器与所述燃油实现热交换。3.如权利要求1所述的燃油温度控制系统，其特征在于，所述第一燃油管路能与用于容纳燃油的燃油储罐流体连通，以使得燃油能经由所述第一燃油管路和所述燃油储罐循环流动。4.如权利要求3所述的燃油温度控制系统，其特征在于，所述第一燃油管路包括第一燃油低温管路和第一燃油高温管路，来自所述燃油储罐的燃油经由所述第一燃油高温管路流向所述预冷换热器，经所述预冷换热器热交换的燃油经由所述第一燃油低温管路流回到所述燃油储罐。5.如权利要求1所述的燃油温度控制系统，其特征在于，所述第二燃油管路的一端与用于容纳燃油的燃油储罐流体连通，所述第二燃油管路的另一端与试验油箱流体连通，以使得来自所述燃油储罐的燃油流经所述终冷换热器，并且以所述目标温度直接流入所述试验油箱。6.如权利要求1所述的燃油温度控制系统，其特征在于，所述预冷温度为2-5摄氏度，并且/或者所述终冷温度为-5摄氏度到-40摄氏度。7.如权利要求1所述的燃油温度控制系统，其特征在于，所述第一燃油管路与所述第二燃油管路彼此隔离开设置。8.一种燃油制备系统，其特征在于，所述燃油制备系统包括：如权利要求1-7中任一项所述的燃油温度控制系统；冷源装置，用于向所述燃油温度控制系统提供冷媒；用于容纳燃油的燃油储罐，来自所述燃油储罐的燃油能通过所述预冷模块冷却到所述预冷温度；收集油箱，经所述预冷模块冷却的燃油能从所述燃油储罐通过所述终冷模块以所述目标温度流入所述收集油箱。9.如权利要求8所述的燃油制备系统，其特征在于，还包括加水模块，所述加水模块构
造成在通过所述预冷模块将所述燃油储罐内的燃油冷却到所述预冷温度之前将水加入燃油中。10.一种燃油制备方法，其特征在于，所述燃油制备方法包括：预冷步骤：通过预冷模块将用于容纳燃油的燃油储罐内的燃油冷却到预冷温度，所述预冷温度高于水的结冰温度，其中，在所述预冷模块中，冷媒作为冷侧流经预冷换热器，而来自所述燃油储罐的燃油作为热侧流经所述预冷换热器，以产生热交换；终冷步骤：通过终冷模块将所述燃油储罐内的燃油冷却到低于所述预冷温度的目标温度，其中，在所述终冷模块中，所述冷媒作为冷侧流经所述终冷换热器，而来自所述燃油储罐的燃油作为热侧流经所述终冷换热器，以产生热交换。11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述终冷步骤在完成所述预冷步骤之后执行。12.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于，在执行所述预冷步骤之前对燃油进行加水。13.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述终冷步骤包括使燃油以所述目标温度流入收集油箱。

技术总结
本发明涉及一种燃油温度控制系统，包括：预冷模块，包括第一冷媒管路、预冷换热器和第一燃油管路，在第一冷媒管路上流动的冷媒作为冷侧流经预冷换热器，而在第一燃油管路上流动的燃油作为热侧流经预冷换热器，以通过产生热交换来将燃油冷却到预冷温度，预冷温度高于水的冰点温度；终冷模块，包括第二冷媒管路、终冷换热器和第二燃油管路，在第二冷媒管路上流动的冷媒作为冷侧流经终冷换热器，而在第二燃油管路上流动的燃油作为热侧流经终冷换热器，以通过产生热交换来将燃油冷却到低于预冷温度的目标温度。由此，可将燃油分阶段地冷却到目标温度，实现燃油中含水量精准控制。本发明还涉及一种燃油制备系统和燃油制备方法。涉及一种燃油制备系统和燃油制备方法。涉及一种燃油制备系统和燃油制备方法。


技术研发人员：罗建军 段安鹏 陈曦 王金彪 屈元元
受保护的技术使用者：中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院
技术研发日：2023.02.09
技术公布日：2023/5/24