一种带离子迁移膜的耗氧型燃油箱惰化系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种带离子迁移膜的耗氧型燃油箱惰化系统，将油箱上部气相空间燃油蒸气和空气混合物与补气混合，然后在催化氧化反应器中进行无焰催化燃烧，消耗氧气并产生二氧化碳。氧气没有被完全消耗的反应后气体紧接着进入离子迁移膜分离系统，氧气被分离出来用于乘客呼吸或其他用途，剩下的富氮气体流入油箱进行惰化，达到燃油箱防火防爆的目的，且系统不向外界排放燃油蒸气。本实用新型专利技术具有气体分离效率高、惰化时间短、无环境污染等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种带离子迁移膜的耗氧型燃油箱惰化系统
本技术属于航空系统
，涉及一种飞行器燃油箱惰化系统，特别涉及一种带离子迁移膜的耗氧型燃油箱惰化系统。
技术介绍
现代飞机的安全问题一直以来受到社会的广泛关注，而燃油系统燃烧、爆炸是引起飞机失事的主要原因之一。有数据表明，在越南战争中，美国空军受到地面火力攻击而损失数千架飞机，其中由于飞机油箱起火爆炸导致机毁人亡的比例就高达50%。机舱安全研究技术小组（cabinsafetyresearchtechnicalgroup,GSRTG）对1966年至2009年全世界3726起民机事故统计结果显示，共有370起事故与油箱燃烧爆炸有关。由此可见，必须采用有效的措施来防止飞行器油箱燃爆。飞机燃油箱上部空间充满可燃的油气混合物，其易燃、易爆特点严重威胁着飞机安全，必须采取有效措施以减少其燃、爆发生的概率，并降低其危害程度。在油箱保护系统中，降低油箱上部气相空间氧气浓度可防止油箱起火爆炸，保证乘客和飞机安全。降低燃油箱氧气浓度可采用惰性气体如氮气和二氧化碳等气体进行油箱惰化，使其氧含量降低至可燃极限以下。常见的飞行器油箱氧浓度控制技术主要有液氮惰化技术、Halon1301惰化技术、分子筛技术、膜分离技术等。其中中空纤维膜制取富氮气体的机载制氮惰化技术（On-BoardInertGasGeneratorSystem，OBIGGS）是最经济、实用的飞机油箱燃爆抑制技术。但是OBIGGS技术仍存在很多问题，如分离膜效率低导致飞机代偿损失大、分离膜入口需求压力高导致在很多机型上无法使用（如直升机）、细小的膜丝和渗透孔径逐渐堵塞及气源中臭氧导致膜性能衰减严重、富氮气体填充油箱时导致燃油蒸汽外泄污染环境等。近年来，国内外一些公司和研究机构还在进行采用催化燃烧方法来消耗油箱气相空间的氧气和可燃蒸汽从而降低油箱可燃风险的方法，称之为“绿色惰化技术”（GreenOn-BoardInertGasGenerationSystem，GOBIGGS）。这种新型惰化技术具有几个重要优势：基本无需预热，启动速度快，加之氧气在反应器中被消耗，惰化效率高、时间短；不向外排出燃油蒸汽，绿色环保。但该技术仍存在反应不完全，产生惰化气体氮气浓度低等不足之处。本技术将离子迁移膜加入到耗氧型惰化系统中。离子迁移膜（ITM）是固体无机氧化物陶瓷材料，氧分子在氧离子迁移膜表面转化为氧离子，氧离子在施加的电压或氧分压差作用下穿过膜，然后重新整合为氧分子，在膜的渗透面产生近乎纯氧，而氮气被阻隔在膜的一侧，可被收集用于惰化，系统分离效率高。但系统需在高温下操作，一般在500℃以上，膜材料可以制成平板或管状。该系统具有气体分离效率高、惰化时间短、无环境污染等优点。
技术实现思路
本技术针对现有技术中存在的中空纤维膜制氮效率低、价格昂贵、污染环境等缺点，提供了一种带离子迁移膜的耗氧型燃油箱惰化系统。即将油箱上部气相空间燃油蒸气和空气混合物在催化氧化反应器中进行无焰催化燃烧，消耗氧气并产生二氧化碳；氧气没有被完全消耗的反应后气体紧接着进入离子迁移膜分离系统，氧气被分离出来，剩下的富氮气体流入油箱进行惰化，达到燃油箱防火防爆的目的。本技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种带离子迁移膜的耗氧型燃油箱惰化系统，包含油箱、第一阻火器、过滤器、第一压缩机、文丘里稳压器、回热器、第一温度传感器、流量传感器、第一电加热器、催化反应器、第二温度传感器、第二电加热器、第一离子迁移膜系统、第二离子迁移膜系统、第三离子迁移膜系统、第一冷却器、第三温度传感器、第一电动调节阀、第二阻火器、氧浓度传感器、第二冷却器、第四温度传感器、第二压缩机、氧气瓶、自动控制器和第二电动调节阀；所述油箱包含气体出口和气体入口；所述回热器包含冷侧通道、氧气通道和富氮气体通道，用于将氧气通道、富氮气体通道中气体的热量对冷侧通道中的气体进行加热；所述第一离子迁移膜系统、第二离子迁移膜系统、第三离子迁移膜系统均包含入口、氧气出口和富氮气体出口，均用于通过离子迁移膜分离出混合气体中的氧气；所述自动控制器包含电流输入端和电流输出端；所述油箱的气体出口通过管道与第一阻火器的入口连接；所述第一阻火器的出口分别和所述第二电动调节阀的出口、过滤器的入口管道相连；所述第二电动调节阀的入口接冲压空气来流；所述过滤器的出口、第一压缩机、文丘里稳压器、回热器的冷侧通道、第一温度传感器、流量传感器、第一电加热器、催化反应器、第二温度传感器、第二电加热器的入口依次管道相连；所述第二电加热器的出口分别和第一离子迁移膜系统的入口、第二离子迁移膜系统的入口、第三离子迁移膜系统的入口管道相连；所述回热器氧气通道的入口分别和所述第一离子迁移膜系统氧气出口、第二离子迁移膜系统氧气出口、第三离子迁移膜系统氧气出口管道相连，回热器富氮气体通道的入口分别和所述第一离子迁移膜系统富氮气体出口、第二离子迁移膜系统富氮气体出口、第三离子迁移膜系统富氮气体出口管道相连；所述回热器氧气通道的出口、第二冷却器的热侧通道、第四温度传感器、第二压缩机、氧气瓶依次管道相连；所述回热器富氮气体通道的出口、第一冷却器的热侧通道、第三温度传感器、第一电动调节阀、第二阻火器、油箱的入口依次管道相连；所述氧浓度传感器的探头伸入所述油箱内，用于感应所述邮箱上方气体的氧浓度；所述第一冷却器、第二冷却器冷侧通道均接冲压空气后排出；所述自动控制器的电流输入端分别和所述第一温度传感器、流量传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、氧浓度传感器、第四温度传感器电气相连，电流输出端分别和所述第一压缩机、第一电加热器、第二电加热器、第一电动调节阀、第二压缩机、第二电动调节阀电气相连。本技术的有益效果如下：本技术离子迁移膜应用到耗氧型惰化系统中，即将油箱上部气相空间燃油蒸气和空气混合物在催化氧化反应器中进行无焰催化燃烧，消耗氧气并产生二氧化碳；然后将反应后的气体通过离子迁移膜系统，进行进一步分离，得到纯度更高的富氮气体，用于燃油箱惰化；另外得到的高纯度氧气可用于乘客呼吸或其他用途。系统不向外界排放燃油蒸气，具有气体分离效率高、惰化时间短、无环境污染等优点。附图说明图1为一种带离子迁移膜的耗氧型燃油箱惰化系统示意图；图中，1-油箱，2-第一阻火器，3-过滤器，4-第一压缩机，5-文丘里稳压器，6-回热器，7-第一温度传感器，8-流量传感器，9-第一电加热器，10-催化反应器，11-第二温度传感器，12-第二电加热器，13-第一离子迁移膜系统，14-第二离子迁移膜系统，15-第三离子迁移膜系统，16-第一冷却器，17-第三温度传感器，18-第一电动调节阀，19-第二阻火器，20-氧浓度传感器，21-第二冷却器，22-第四温度传感器，23-第二压缩机，24-氧气瓶，25-自动控制器，26-第二电动调节阀。具体实施方式下面结合实施例对本技术作进一步描述。以下所述仅为本技术一部分实施例，非全部实施例。基于本技术实施例，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，都属于本技术保护的范围。如图1所示，本技术公开了一种带离子迁移膜的耗氧型燃油箱惰化系统，包含油箱1、第一阻火器2、过滤器3、第一压缩机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带离子迁移膜的耗氧型燃油箱惰化系统，其特征在于，包含油箱（1）、第一阻火器（2）、过滤器（3）、第一压缩机（4）、文丘里稳压器（5）、回热器（6）、第一温度传感器（7）、流量传感器（8）、第一电加热器（9）、催化反应器（10）、第二温度传感器（11）、第二电加热器（12）、第一离子迁移膜系统（13）、第二离子迁移膜系统（14）、第三离子迁移膜系统（15）、第一冷却器（16）、第三温度传感器（17）、第一电动调节阀（18）、第二阻火器（19）、氧浓度传感器（20）、第二冷却器（21）、第四温度传感器（22）、第二压缩机（23）、氧气瓶（24）、自动控制器（25）和第二电动调节阀（26）；所述油箱（1）包含气体出口和气体入口；所述回热器（6）包含冷侧通道、氧气通道和富氮气体通道，用于将氧气通道、富氮气体通道中气体的热量对冷侧通道中的气体进行加热；所述第一离子迁移膜系统（13）、第二离子迁移膜系统（14）、第三离子迁移膜系统（15）均包含入口、氧气出口和富氮气体出口，均用于通过离子迁移膜分离出混合气体中的氧气；所述自动控制器（25）包含电流输入端和电流输出端；所述油箱（1）的气体出口通过管道与第一阻火器（2）的入口连接；所述第一阻火器（2）的出口分别和所述第二电动调节阀（26）的出口、过滤器（3）的入口管道相连；所述第二电动调节阀（26）的入口接冲压空气来流；所述过滤器（3）的出口、第一压缩机（4）、文丘里稳压器（5）、回热器（6）的冷侧通道、第一温度传感器（7）、流量传感器（8）、第一电加热器（9）、催化反应器（10）、第二温度传感器（11）、第二电加热器（12）的入口依次管道相连；所述第二电加热器（12）的出口分别和第一离子迁移膜系统（13）的入口、第二离子迁移膜系统（14）的入口、第三离子迁移膜系统（15）的入口管道相连；所述回热器（6）氧气通道的入口分别和所述第一离子迁移膜系统（13）氧气出口、第二离子迁移膜系统（14）氧气出口、第三离子迁移膜系统（15）氧气出口管道相连，回热器（6）富氮气体通道的入口分别和所述第一离子迁移膜系统（13）富氮气体出口、第二离子迁移膜系统（14）富氮气体出口、第三离子迁移膜系统（15）富氮气体出口管道相连；所述回热器（6）氧气通道的出口、第二冷却器（21）的热侧通道、第四温度传感器（22）、第二压缩机（23）、氧气瓶（24）依次管道相连；所述回热器（6）富氮气体通道的出口、第一冷却器（16）的热侧通道、第三温度传感器（17）、第一电动调节阀（18）、第二阻火器（19）、油箱（1）的入口依次管道相连；所述氧浓度传感器（20）的探头伸入所述油箱（1）内，用于感应所述油箱（1）上方气体的氧浓度；所述第一冷却器（16）、第二冷却器（21）冷侧通道均接冲压空气后排出；所述自动控制器（25）的电流输入端分别和所述第一温度传感器（7）、流量传感器（8）、第二温度传感器（11）、第三温度传感器（17）、氧浓度传感器（20）、第四温度传感器（22）电气相连，电流输出端分别和所述第一压缩机（4）、第一电加热器（9）、第二电加热器（12）、第一电动调节阀（18）、第二压缩机（23）、第二电动调节阀（26）电气相连。...

【技术特征摘要】
1.一种带离子迁移膜的耗氧型燃油箱惰化系统，其特征在于，包含油箱（1）、第一阻火器（2）、过滤器（3）、第一压缩机（4）、文丘里稳压器（5）、回热器（6）、第一温度传感器（7）、流量传感器（8）、第一电加热器（9）、催化反应器（10）、第二温度传感器（11）、第二电加热器（12）、第一离子迁移膜系统（13）、第二离子迁移膜系统（14）、第三离子迁移膜系统（15）、第一冷却器（16）、第三温度传感器（17）、第一电动调节阀（18）、第二阻火器（19）、氧浓度传感器（20）、第二冷却器（21）、第四温度传感器（22）、第二压缩机（23）、氧气瓶（24）、自动控制器（25）和第二电动调节阀（26）；所述油箱（1）包含气体出口和气体入口；所述回热器（6）包含冷侧通道、氧气通道和富氮气体通道，用于将氧气通道、富氮气体通道中气体的热量对冷侧通道中的气体进行加热；所述第一离子迁移膜系统（13）、第二离子迁移膜系统（14）、第三离子迁移膜系统（15）均包含入口、氧气出口和富氮气体出口，均用于通过离子迁移膜分离出混合气体中的氧气；所述自动控制器（25）包含电流输入端和电流输出端；所述油箱（1）的气体出口通过管道与第一阻火器（2）的入口连接；所述第一阻火器（2）的出口分别和所述第二电动调节阀（26）的出口、过滤器（3）的入口管道相连；所述第二电动调节阀（26）的入口接冲压空气来流；所述过滤器（3）的出口、第一压缩机（4）、文丘里稳压器（5）、回热器（6）的冷侧通道、第一温度传感器（7）、流量传感器（8）、第一电加热器（9）、催化反应器（1...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭孝天，冯诗愚，李超越，王苏明，刘卫华，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32