[发明专利]一种采用高压除水的飞机油箱惰化装置及其方法

说明书

本发明公开了一种采用高压除水的飞机油箱惰化装置及其方法，利用发动机引气或座舱引气与飞机携带氢气经过氢氧燃料电池反应消耗空气中的氧气以产生惰性气体用于降低油箱气相空间氧浓度，同时燃料电池反应产生大量水蒸气，利用三轮升压高压除水系统对反应产生的惰性气体进行水分离，收集分离产生的水可用于飞机日常用水，同时燃料电池反应产生的电能用于飞机供电设备使用。本发明系统简单稳定，能够减少能量消耗、降低发动机高压侧引气对发动机性能的影响，并能够减小飞机的代偿损失。

技术领域

本发明涉及防火防爆技术领域，尤其涉及一种采用高压除水的飞机油箱惰化装置及其方法。

背景技术

飞机油箱气相空间氧气浓度高于极限可燃氧气浓度，在外部点火源如雷电、静电、炮火打击等存在时，燃油蒸气与空气混合物极易发生燃烧爆炸，导致机毁人亡，造成极大的生命财产安全隐患。1996年7月17日，环球航空公司的一架TWA800号班机从纽约肯尼迪国际机场飞住巴黎戴高乐机场起飞不久便于长岛上空爆炸，导致机上230名乘客和机组人员罹难。调查发现事故是由飞机上残破的电线导致短路产生电火花进入油箱，引起中央翼油箱起火爆炸。此次事故后，降低油箱气相空间可燃性，保护飞机油箱安全引起了研究人员的广泛关注。油箱发生火灾的三个因素有点火源、可燃物和助燃剂。由于点火源不可控制，燃油的挥发性导致气相空间始终存在燃油蒸气，因此预防飞机油箱火灾发生的重要措施是减少助燃剂氧气的存在。研究表明，当飞机油箱气相空间氧气浓度低于12%（民用飞机）和9%（军用飞机）时可有效地防止火灾的发生。美国联邦航空管理局（FAA）经过大量理论和实验研究表明，油箱惰化技术是一种经济有效的降低油箱气相空间氧气浓度的方法。

油箱惰化技术指的是利用惰性气体如氮气、二氧化碳或富氮气体（氮气浓度可高达98%）等充入油箱气相空间转换出气相空间的氧气，以减少氧气浓度，达到降低气相空间可燃性，保护油箱安全的目的。目前发展比较成熟的油箱惰化技术为机载制氮惰化技术，利用高压发动机引气通过中空纤维膜制取富氮气体对油箱进行惰化，该技术在F-15、F-22、F-35、C-17等军机及Boeing 747、Airbus A320等得到广泛的应用。但从目前国内外应用现状来看，该技术存在中空纤维膜分离效率低、易堵塞、膜入口压力高、发动机引气量大等问题。

且随着飞行技术的发展，飞机制造朝更大容量，更加安全的方向发展，同时飞机电子设备和乘客的增加给飞机供电和供水提出了更高的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种采用高压除水的飞机油箱惰化装置及其方法，减少油箱惰化过程中的飞机的代偿损失，提高能量利用率，保证飞机的飞行安全。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种采用高压除水的飞机油箱惰化装置，包括储氢瓶、第一换热器、氢氧燃料电池、第一压气机、第二换热器、风扇、水分离器、涡轮膨胀机、储水箱、单向阀和油箱；

所述储氢瓶设有高压氢气出口；氢氧燃料电池设有阳极气体入口、阴极气体入口、电能输出端口和尾气出口；水分离器设有气体入口、液态水出口和气体出口；油箱设有惰性气体入口和气体出口；储水箱设有入口和出口；

所述第一换热器热侧通道的入口引入发动机引气、出口和氢氧燃料电池的阴极气体入口相连；

所述氢氧燃料电池的阳极气体入口和储氢瓶的高压氢气出口相连、电能输出端口和外部飞机用电设备连接；

所述氢氧燃料电池的尾气出口、第一气压机、第二换热器的热侧通道、水分离器的气体入口依次相连；

所述水分离器的气体出口、涡轮膨胀机、单向阀、油箱的惰性气体入口依次相连；

所述水分离器的液态水出口和储水箱的入口相连，储水箱的出口和外部用水设备相连；