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一种 能量回收式燃油箱惰化系统构型及其工作方法

阅读：521发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种能量回收式燃油箱惰化系统构型及其工作方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种能量回收式燃油箱惰化系统构型，属于航空系统技术领域，本发明的系统构型将来自发动机引气，经过温度调节、压力调节、去除臭氧、水分、杂质等污染物后，通入由中空纤维膜构成的空气分离装置内分离成富氧气体和富氮气体，富氧气体送至机舱供司乘人员呼吸用，富氮气体则按不同的流量模式充入燃油箱进行洗涤或冲洗。将流出中空纤维膜的富氮气体先引入涡轮膨胀器，回收一部分能量的同时降低富氮气体的温度，有利于降低油箱的可燃性，另外，利用所回收的能量带动风扇来提高富氧侧的流率，增加分离膜内外压差，提高了分离效率。，下面是一种能量回收式燃油箱惰化系统构型及其工作方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种能量回收式燃油箱惰化系统构型，其特征在于，所述的系统构型包括第一风机（1），所述的第一风机（1）入口通入发动机引气，所述的第一风机（1）出口依次连接有过滤器（2）、干燥机（3）、加热器（4）、湿度调节器（5）、臭氧转换器（6）、第一控制阀（7）；所述的第一控制阀（7）出口分别连接第一电动压力调节阀（8）、第一手动压力调节阀（9）；所述的第一电动压力调节阀（8）、第一手动压力调节阀（9）的出口均连接与第一压力传感器（10）的一端；
所述的第一压力传感器（10）的另一端依次连接第一温度传感器（11）、第一流量传感器（12）、湿度传感器（13）、臭氧浓度传感器（14）、颗粒度检测仪（15）、空气分离模块（16）；所述的空气分离模块（16）包含气体入口、富氮气体出口、富氧气体出口；
空气分离模块（16）的气体入口与颗粒度检测仪（15）连接；
空气分离模块（16）的富氮气体出口分别与第二电动压力调节阀（17）、第二手动压力调节阀（18）连接，所述的第二电动压力调节阀（17）、第二手动压力调节阀（18）的出口均连接与第二流量传感器（19）的一端，所述的第二流量传感器（19）的另一端依次连接第一氧浓度传感器（20）、第二温度传感器（21）、第二压力传感器（22）、涡轮膨胀器（23）、第三温度传感器（24）、第三压力传感器（25）、第一阻火器（26）、油箱（27），所述的第一阻火器（26）与油箱（27）的气体入口连接，所述的油箱（27）的气体出口与第二阻火器（28）连接；
空气分离模块（16）的富氧气体出口依次连接有第三氧气浓度传感器（32）、第五温度传感器（33）、第四压力传感器（34）、第二风机（35），所述的第二风机（35）另一端连接于涡轮膨胀器（23）；所述的第二风机（35）的富氧气体送至机舱供呼吸使用。
2.根据权利要求1所述的一种能量回收式燃油箱惰化系统构型，其特征在于，所述的系统构型中的油箱（27）上分别设置有碳氢化合物浓度传感器（29）、第二氧气浓度传感器（30）、第四温度传感器（31），所述的碳氢化合物浓度传感器（29）、第二氧气浓度传感器（30）、第四温度传感器（31）均分别通过探杆与油箱（27）连接。
3.根据权利要求2所述的一种能量回收式燃油箱惰化系统构型，其特征在于，所述的系统构型通过自动控制器（36）控制，具体的，所述的自动控制器（36）包含一个电流输入端和一个电流输出端；
所述的自动控制器（36）的电流输入端通过电缆并联连接于第一压力传感器（10）、第一温度传感器（11）、第一流量传感器（12）、湿度传感器（13）、臭氧浓度传感器（14）、颗粒度检测仪（15）、第二流量传感器（19）、第一氧浓度传感器（20）、第二温度传感器（21）、第二压力传感器（22）、第三温度传感器（24）、第三压力传感器（25）、碳氢化合物浓度传感器（29）、第二氧气浓度传感器（30）、第四温度传感器（31）、第三氧气浓度传感器（32）、第五温度传感器（33）、第四压力传感器（34）。
4.根据权利要求3所述的一种能量回收式燃油箱惰化系统构型，其特征在于，所述的自动控制器（36）的电流输出端通过电缆并联连接于第一风机（1）、加热器（4）、湿度调节器（5）、臭氧转换器（6）、第一控制阀（7）、第一电动压力调节阀（8）、第二电动压力调节阀（17）。
5.根据权利要求1 4任一所述的一种能量回收式燃油箱惰化系统构型的工作方法，其~
特征在于，所述的方法为：
当油箱不处于惰化状态时，开启中空纤维膜制取富氮气体的机载制氮惰化系统，此时第一风机（1）、加热器（4）、湿度调节器（5）、臭氧转换器（6）、第一控制阀（7）、第一电动压力调节阀（8）、第二电动压力调节阀（17）打开；
发动机引气在第一风机（1）的抽吸作用下，进入系统，先在过滤器（2）、干燥机（3）中进行过滤、干燥处理，然后分别在加热器（4）、湿度调节器（5）中进行调温、调湿，在臭氧转换器（6）中将臭氧除去，流过第一控制阀（7），在第一电动压力调节阀（8）或第一手动压力调节阀（9）中进行压力调节；
第一压力传感器（10）、第一温度传感器（11）、第一流量传感器（12）、湿度传感器（13）、臭氧浓度传感器（14）、颗粒度检测仪（15）分别测得分离膜前气体的压力、温度、流量、湿度、臭氧浓度、颗粒度的一系列参数并将信号传输到自动控制器（36），自动控制器（36）分别输出反馈信号给加热器（4）、湿度调节器（5）、臭氧转换器（6）、第一控制阀（7）、第一电动压力调节阀（8）；
调节后的气体进入空气分离模块（16），产生富氮气体及富氧气体；所述富氮气体在第二电动压力调节阀（17）或第二手动压力调节阀（18）中进行压力调节，依次流过第二流量传感器（19）、第一氧浓度传感器（20）、第二温度传感器（21）、第二压力传感器（22）后，进入涡轮膨胀器（23）中膨胀降温降压，涡轮膨胀器（23）膨胀时通过轴驱动第二风机（35）叶片转动，降温降压后的富氮气体依次流经第三温度传感器（24）、第三压力传感器（25）、第一阻火器（26）后，流入油箱进行冲洗惰化，油箱中多余气体流经第二阻火器28后排至机外；
空气分离模块（16）产生的富氧气体在第二风机（35）抽吸作用下，依次流过第三氧气浓度传感器（32）、第五温度传感器（33）、第四压力传感器（34）、第二风机（35）后送至座舱供司乘人员呼吸使用。

说明书全文

一种能量回收式燃油箱惰化系统构型及其工作方法

技术领域

[0001] 本发明属于航空系统技术领域，涉及一种飞行器燃油箱防爆系统，特别涉及一种能量回收式燃油箱惰化系统构型。

背景技术

[0002] 近50年来，全球范围内运输类飞机燃油箱爆炸事故共发生18起，总计542人遇难，已成为民用航空安全的主要威胁之一。1996年波音747飞机TWA800中央翼油箱的可燃蒸汽被点燃导致爆炸，全机人员丧生，促使美国联邦航空管理局颁发了一系列修正案、咨询通报和适航规章，强制要求采取有效措施降低点火源和可燃蒸汽浓度，以减少运输类飞机燃油箱可燃性，增加燃油箱安全。我国民用航空局也制定了类似的航空规章。

[0003] 美国联邦航空管理局及美国国家运输安全部均认为采用燃油箱惰化技术是一种可行的措施来降低油箱的燃爆风险。目前，中空纤维膜制取富氮气体的机载制氮惰化技术是目前最经济、实用的飞机油箱燃爆抑制技术，在波音和空客的各种型号飞机以及我国国产机型中均有应用。其原理是把来自发动机引气，经过温度调节、压力调节、去除臭氧、水分、杂质等污染物后，通入由中空纤维膜构成的空气分离装置内分离成富氧气体和富氮气体，富氧气体送至机舱供司乘人员呼吸用，富氮气体则按不同的流量模式充入燃油箱进行洗涤或冲洗。但从国内外应用现状来看，机载制氮惰化技术在使用中存在分离膜效率低导致飞机代偿损失大的问题。

发明内容

[0004] 本发明针对现有技术中存在的问题，公开了一种能量回收式燃油箱惰化系统构型及其工作方法，本发明的系统构型通过将流出中空纤维膜的富氮气体引入涡轮膨胀器，回收一部分能量的同时降低富氮气体的温度，有利于降低油箱的可燃性，另外，利用所回收的能量带动风扇来提高富氧侧的流率，增加分离膜内外压差，提高分离效率。

[0005] 本发明是这样实现的：一种能量回收式燃油箱惰化系统构型，所述的系统构型包括第一风机，所述的第一风机入口通入发动机引气，所述的第一风机出口依次连接有过滤器、干燥机、加热器、湿度调节器、臭氧转换器、第一控制阀；所述的第一控制阀出口分别连接第一电动压力调节阀、第一手动压力调节阀；所述的第一电动压力调节阀、第一手动压力调节阀的出口均连接与第一压力传感器的一端；所述的第一压力传感器的另一端依次连接第一温度传感器、第一流量传感器、湿度传感器、臭氧浓度传感器、颗粒度检测仪、空气分离模块；所述的空气分离模块包含气体入口、富氮气体出口、富氧气体出口；
空气分离模块的气体入口与颗粒度检测仪连接；空气分离模块的富氮气体出口分别与第二电动压力调节阀、第二手动压力调节阀连接，所述的第二电动压力调节阀、第二手动压力调节阀的出口均连接与第二流量传感器的一端，所述的第二流量传感器的另一端依次连接第一氧浓度传感器、第二温度传感器、第二压力传感器、涡轮膨胀器、第三温度传感器、第三压力传感器、第一阻火器、油箱，所述的第一阻火器与油箱的气体入口连接，所述的油箱的气体出口与第二阻火器连接；
空气分离模块的富氧气体出口依次连接有第三氧气浓度传感器、第五温度传感器、第四压力传感器、第二风机，所述的第二风机另一端连接于涡轮膨胀器；所述的第二风机的富氧气体送至机舱供呼吸使用。

[0006] 进一步，所述的系统构型中的油箱上分别设置有碳氢化合物浓度传感器、第二氧气浓度传感器、第四温度传感器，所述的碳氢化合物浓度传感器、第二氧气浓度传感器、第四温度传感器均分别通过探杆与油箱连接。

[0007] 进一步，所述的系统构型通过自动控制器控制，具体的，所述的自动控制器包含一个电流输入端和一个电流输出端。

[0008] 所述的自动控制器的电流输入端通过电缆并联连接于第一压力传感器、第一温度传感器、第一流量传感器、湿度传感器、臭氧浓度传感器、颗粒度检测仪、第二流量传感器、第一氧浓度传感器、第二温度传感器、第二压力传感器、第三温度传感器、第三压力传感器、碳氢化合物浓度传感器、第二氧气浓度传感器、第四温度传感器、第三氧气浓度传感器、第五温度传感器、第四压力传感器。

[0009] 进一步，所述的自动控制器的电流输出端通过电缆并联连接于第一风机、加热器、湿度调节器、臭氧转换器、第一控制阀、第一电动压力调节阀、第二电动压力调节阀。

[0010] 本发明还公开了一种能量回收式燃油箱惰化系统构型的工作方法，其特征在于，所述的方法为：当油箱不处于惰化状态时，开启中空纤维膜制取富氮气体的机载制氮惰化系统，此时第一风机、加热器、湿度调节器、臭氧转换器、第一控制阀、第一电动压力调节阀、第二电动压力调节阀打开；
发动机引气在第一风机的抽吸作用下，进入系统，先在过滤器、干燥机中进行过滤、干燥处理，然后分别在加热器、湿度调节器中进行调温、调湿，在臭氧转换器中将臭氧除去，流过第一控制阀，在第一电动压力调节阀或第一手动压力调节阀中进行压力调节；
第一压力传感器、第一温度传感器、第一流量传感器、湿度传感器、臭氧浓度传感器、颗粒度检测仪分别测得分离膜前气体的压力、温度、流量、湿度、臭氧浓度、颗粒度的一系列参数并将信号传输到自动控制器，自动控制器分别输出反馈信号给加热器、湿度调节器、臭氧转换器、第一控制阀、第一电动压力调节阀；
调节后的气体进入空气分离模块，产生富氮气体及富氧气体；所述富氮气体在第二电动压力调节阀或第二手动压力调节阀中进行压力调节，依次流过第二流量传感器、第一氧浓度传感器、第二温度传感器、第二压力传感器后，进入涡轮膨胀器中膨胀降温降压，涡轮膨胀器膨胀时通过轴驱动第二风机叶片转动，降温降压后的富氮气体依次流经第三温度传感器、第三压力传感器、第一阻火器后，流入油箱进行冲洗惰化，油箱中多余气体流经第二阻火器后排至机外；
空气分离模块产生的富氧气体在第二风机抽吸作用下，依次流过第三氧气浓度传感器、第五温度传感器、第四压力传感器、第二风机后送至座舱供司乘人员呼吸使用。

[0011] 本发明与现有技术的有益效果在于：本发明中的富氮气体先引入涡轮膨胀器，降低了富氮气体的温度，有利于降低油箱的可燃性；涡轮膨胀器带动风扇加快富氧侧的流率，增加分离膜内外压差，提高了分离效率；
本发明的系统构型的工作方法中：将来自发动机引气，经过温度调节、压力调节、去除臭氧、水分、杂质等污染物后，通入由中空纤维膜构成的空气分离装置内分离成富氧气体和富氮气体，富氧气体送至机舱供司乘人员呼吸用，富氮气体则按不同的流量模式充入燃油箱进行洗涤或冲洗。将流出中空纤维膜的富氮气体先引入涡轮膨胀器，回收一部分能量的同时降低富氮气体的温度，有利于降低油箱的可燃性，另外，利用所回收的能量带动风扇来提高富氧侧的流率，增加分离膜内外压差，提高了分离效率。
附图说明

[0012] 图1为本发明一种能量回收式燃油箱惰化系统构型的示意图；其中，1-第一风机，2-过滤器，3-干燥机，4-加热器，5-湿度调节器，6-臭氧转换器，7-第一控制阀，8-第一电动压力调节阀，9-第一手动压力调节阀，10-第一压力传感器，11-第一温度传感器，12-第一流量传感器，13-湿度传感器，14-臭氧浓度传感器，15-颗粒度检测仪，
16-空气分离模块，17-第二电动压力调节阀，18-第二手动压力调节阀，19-第二流量传感器，20-第一氧浓度传感器，21-第二温度传感器，22-第二压力传感器，23-涡轮膨胀器，24-第三温度传感器，25-第三压力传感器，26-第一阻火器，27-油箱，28-第二阻火器，29-碳氢化合物浓度传感器，30-第二氧气浓度传感器，31-第四温度传感器，32-第三氧气浓度传感器，33-第五温度传感器，34-第四压力传感器，35-第二风机，36-自动控制器。

具体实施方式

[0013] 下面结合实施例对本发明作进一步描述。以下所述仅为本发明一部分实施例，非全部实施例。基于本发明实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0014] 如图1所示，本发明的一种能量回收式燃油箱惰化系统构型示意图，包含发动机引气；包含第一风机、过滤器、干燥机、加热器、湿度调节器、臭氧转换器、第一控制阀、第一电动压力调节阀、第一手动压力调节阀、第一压力传感器、第一温度传感器、第一流量传感器、湿度传感器、臭氧浓度传感器、颗粒度检测仪、空气分离模块、第二电动压力调节阀、第二手动压力调节阀、第二流量传感器、第一氧浓度传感器、第二温度传感器、第二压力传感器、涡轮膨胀器、第三温度传感器、第三压力传感器、第一阻火器、油箱、第二阻火器、碳氢化合物浓度传感器、第二氧气浓度传感器、第四温度传感器、第三氧气浓度传感器、第五温度传感器、第四压力传感器、第二风机、自动控制器。

[0015] 所述的发动机引气通过管道与风机1入口连接；第一风机1出口通过管道依次连接有过滤器2、干燥机3、加热器4、湿度调节器5、臭氧转换器6、第一控制阀7其一端；所述第一控制阀7其二端通过管道同时与第一电动压力调节阀8其一端、第一手动压力调节阀9其一端连接；所述第一电动压力调节阀8其二端、第一手动压力调节阀9其二端通过管道同时与第一压力传感器10其一端连接；所述第一压力传感器10其二端通过管道依次连接有第一温度传感器11、第一流量传感器12、湿度传感器13、臭氧浓度传感器14、颗粒度检测仪15、空气分离模块16入口；所述空气分离模块包含气体入口、富氮气体出口、富氧气体出口。

[0016] 空气分离模块16富氮气体出口通过管道同时与第二电动压力调节阀17其一端、第二手动压力调节阀18其一端连接；所述第二电动压力调节阀17其二端、第二手动压力调节阀18其二端通过管道同时与第二流量传感器19其一端连接；所述第二流量传感器19其二端通过管道依次连接有第一氧浓度传感器20、第二温度传感器21、第二压力传感器22、涡轮膨胀器23、第三温度传感器24、第三压力传感器25、第一阻火器26、油箱27气体入口；所述油箱27气体出口通过管道与第二阻火器28其一端连接；所述第二阻火器28其二端废气排至机外。

[0017] 碳氢化合物浓度传感器29通过探杆与所述油箱27连接；第二氧气浓度传感器30通过探杆与所述油箱27连接；第四温度传感器31通过探杆与所述油箱27连接；所述空气分离模块16富氧气体出口通过管道依次连接有第三氧气浓度传感器32、第五温度传感器33、第四压力传感器34、第二风机35其一端；所述第二风机35其二端富氧气体送至机舱供呼吸使用；所述涡轮膨胀器23通过轴与所述第二风机35连接。

[0018] 本发明的系统构型通过自动控制器36控制。自动控制器36包含一个电流输入端和一个电流输出端；第一压力传感器10、第一温度传感器11、第一流量传感器12、湿度传感器13、臭氧浓度传感器14、颗粒度检测仪15、第二流量传感器19、第一氧浓度传感器20、第二温度传感器21、第二压力传感器22、第三温度传感器24、第三压力传感器25、碳氢化合物浓度传感器29、第二氧气浓度传感器30、第四温度传感器31、第三氧气浓度传感器32、第五温度传感器33、第四压力传感器34通过电缆并联并与所述自动控制器36电流输入端连接；自动控制器36电流输出端通过电缆分别与第一风机1、加热器4、湿度调节器5、臭氧转换器6、第一控制阀7、第一电动压力调节阀8、第二电动压力调节阀17连接。

[0019] 本发明的一种能量回收式燃油箱惰化系统构型工作过程如下：当油箱不处于惰化状态时，开启中空纤维膜制取富氮气体的机载制氮惰化系统，此时第一风机1、加热器4、湿度调节器5、臭氧转换器6、第一控制阀7、第一电动压力调节阀8、第二电动压力调节阀17打开；
发动机引气在第一风机1的抽吸作用下，进入系统，先在过滤器2、干燥机3中进行过滤、干燥处理，然后分别在加热器4、湿度调节器5中进行调温、调湿，在臭氧转换器6中将臭氧除去，流过第一控制阀7，在第一电动压力调节阀8或第一手动压力调节阀9中进行压力调节；
所述第一压力传感器10、第一温度传感器11、第一流量传感器12、湿度传感器13、臭氧浓度传感器14、颗粒度检测仪15分别测得分离膜前气体的压力、温度、流量、湿度、臭氧浓度、颗粒度等参数并将信号传输到所述自动控制器36，自动控制器36分别输出反馈信号给加热器
4、湿度调节器5、臭氧转换器6、第一控制阀7、第一电动压力调节阀8；
调节后的气体进入空气分离模块16，产生富氮气体及富氧气体；所述富氮气体在第二电动压力调节阀17或第二手动压力调节阀18中进行压力调节，依次流过第二流量传感器
19、第一氧浓度传感器20、第二温度传感器21、第二压力传感器22后，进入涡轮膨胀器23中膨胀降温降压，涡轮膨胀器23膨胀时通过轴驱动第二风机35叶片转动，降温降压后的富氮气体依次流经第三温度传感器24、第三压力传感器25、第一阻火器26后，流入油箱进行冲洗惰化，油箱中多余气体流经第二阻火器28后排至机外；
空气分离模块16产生的富氧气体在第二风机35抽吸作用下，依次流过第三氧气浓度传感器32、第五温度传感器33、第四压力传感器34、第二风机35后送至座舱供司乘人员呼吸使用。

[0020] 本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

[0021] 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。

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