[实用新型]一种结合磁致分离与膜分离技术的机载制氧-制氮系统

说明书

本实用新型公开了一种结合磁致分离与膜分离技术的机载制氧‑制氮系统，将磁致分离与传统的膜分离技术相结合，在氧氮选择性透过膜中加入铷、Fe₂O₃和Fe₃O₄等导磁介质颗粒，超顺磁行聚合物中的导磁微粒在磁场作用下被磁化并按磁力线排列，加强了外部磁场的作用，空气通过时，这些微粒作为磁性元件吸引了氧，从而提高了氧氮选择性。另外通过两套分离装置并联切换工作，实现氧、氮的连续输出，提高了氧氮分离效率。而且空气预处理简单，可直接使用常温常压的环境空气。本实用新型具有装置简单，操作方便，寿命长、分离效率高、能耗低等优点。

技术领域

本实用新型属于航空系统技术领域，涉及一种机载制氧-制氮耦合系统，特别涉及一种结合磁致分离与膜分离技术的机载制氧-制氮系统。

背景技术

为保证长时间的续航供氧，先进战机已经摒弃了传统的气氧、液氧作为唯一供氧源的方法，而转向了采用机载制氧技术。它以取之不尽的空气作为供氧源，通过机载设备对空气的分离，来满足机组人员呼吸用氧的需要。因此，它彻底改变了飞机续航时间受制于机载氧源的局面，给航空供氧系统带来了革命性的变化。不仅仅如此，机载制氧技术还大大降低了后勤保障的难度，减小了飞机的代偿损失。目前，机载制氧技术已经成为第三代和第四代战斗机供氧防护救生的重要性能标志之一。

与此同时，飞机燃油系统起火或爆炸是引起飞机失事的主要原因之一，飞机燃油系统的防火防爆能力，不仅直接关系到飞机生存力和易损性，同时也关系到飞机的利用率、成本以及人员安全。因此，如何提高油箱的防火防爆能力，也就成为了人们极为关注的研究问题。特别是随着飞行速度及性能的提高，它所带来的气动加热与电子设备热负荷的增大，使得现代军用机将普遍趋于采用燃油综合热管理技术，进一步导致燃油温度上升，增加飞机油箱起火爆炸的概率。因此，对于现代军用机，迫切需要采用有效措施，使得飞机燃油箱始终处于安全状态，即提高燃油系统的防火防爆能力。为满足该需要，提高燃油箱的防火防爆能力的油箱惰化技术的具体措施——机载制氮技术也就应运而生了。

由此可见，机载制氧、机载制氮都是现代军用机发展所必须采用的新技术，它也体现了当前机载设备的发展趋势。就当前机载制氧、机载制氮技术研究及应用现状而言，它们都趋于采用从飞机发动机压气机（或环控系统）中引气，并利用现代分离技术对其进行分离，来制取高浓度的氧气和富氮气体。且机载制氧和机载制氮系统均为独立系统，分别从发动机引气生成所需的氧氮气体，由于分离效率的限制，所得的产品气仅占全部引气量的一小部分，大多气体被作为废气排出，因此总引气量很大，造成较大的代偿损失。

磁致空气分离是一种新兴的空气分离方法，它主要利用氧氮气体的磁化率差异实现分离。空气中，氧气为顺磁性气体，其磁化率是常见气体中最大的。氮为抗磁性气体，标准状态下，氧气的磁化率绝对值约为氮气的250倍。由于氧氮分子巨大的磁化率差异，其在梯度跑场中将受到方向相反的磁化为作用，进而形成不同的分子扩散行为，这成为了磁致空气分离的基础。因此利用磁致分离技术仅通过一个系统即可实现制氧、制氮。

本实用新型中将磁致分离与传统的膜分离技术相结合，在氧氮选择性透过膜中加入铷、Fe₂O₃和Fe₃O₄等导磁介质颗粒，超顺磁行聚合物中的导磁微粒在磁场作用下被磁化并按磁力线排列，加强了外部磁场的作用，这些微粒作为磁性元件吸引了氧，从而提高了氧氮选择性。通过该系统得到的富氮气体被用于油箱惰化，富氧气体处理后用来满足机组人员呼吸用氧的需要。

实用新型内容

为了克服现有的飞机机载制氧、制氮系统不能有效地减少发动机压缩机引气量，系统复杂，工作可靠性低等不足，本实用新型提供了一种新型机载制氧、制氮耦合系统，它结合了磁致分离与膜分离技术，将空气中的氧气和氮气分离出来。而且空气预处理简单，可直接使用常温常压的环境空气；另外设置两套分离装置并联切换工作，实现氧氮气体的连续输出，具有装置简单，操作方便，寿命长、分离效率高、能耗低等优点。