[发明专利]基于中空纤维膜机载制氮技术的座舱增压增氧装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于中空纤维膜机载制氮技术的座舱增压增氧装置及方法，利用中空纤维膜对氧气和氮气的选择透过性或渗透速率不同，对于特定膜特性，氮气的渗透率大于氧气，氮气迅速通过中空纤维膜沿径向排出，氧气在纤维束内富集沿轴向排出。将通过膜分离系统产生的富氮气体用以燃油箱的惰化，并通过引射器将膜分离系统产生的富氧气体对座舱进行增压，提高舱内氧浓度，具有能量利用率高、优化惰化系统性能、无环境污染等优点。

技术领域

本发明涉及防火抑爆技术领域，尤其涉及一种基于中空纤维膜机载制氮技术的座舱增压增氧装置及方法。

背景技术

飞机燃油箱上部空余空间充满大量可燃油气，存在一定的燃爆隐患，因此必须采用有效的技术措施减少油箱燃爆发生的概率，并尽可能地降低其危害程度。针对燃油箱防火抑爆技术国内外已开展了大量的理论和实验研究工作，且取得了丰硕的成果。采用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和实用的飞机油箱燃爆抑制技术。

所谓中空纤维膜机载制氮技术是指对发动机引气或环控引气进行分离，得到的富氮气体用于燃油箱惰化，控制飞机油箱上部空余空间氧浓度，使之在飞行过程中始终低于支持燃油燃烧所需要的氧浓度。

随着膜制备技术的发展，中空纤维膜分离已成为油箱惰化中的首选方案，被国内外军机和民机广泛应用，但中空纤维膜机载制氮技术仍存在一定的问题，如分离后的富氧气体仍具有较多能量，未经利用直接排放造成大量能量浪费。

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，提供一种基于中空纤维膜机载制氮技术的座舱增压增氧装置及方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于中空纤维膜机载制氮技术的座舱增压增氧的装置，包含压气机、第一流量调节阀、第一换热器、第二换热器、风扇、水分离器、过滤器、油雾分离器、中空纤维膜膜分离器、第二流量调节阀、第三流量调节阀、引射器、压力表和氧气分析仪；

所述第一换热器、第二换热器、冷凝器均包含热侧通道和冷侧通道；所述引射器包含引射流体入口、进气口和出气口；所述中空纤维膜膜分离器包含混合气体入口、富氧气体出口和富氮气体出口，用于将从混合气体入口进入的混合气体分离为富氧气体、富氮气体后分别经富氧气体出口、富氮气体出口输出；

所述压气机一端和发动机引气管道相连，压气机的另一端、第一流量调节阀、第一换热器的热侧通道、第二换热器的热侧通道、水分离器的入口通过管道依次相连；

所述第一换热器冷侧通道的入口接外界空气、第一换热器冷侧通道的出口和第二换热器冷侧通道的入口通过管道相连；所述第二换热器冷侧通道的出口和外界空气管道相连；所述风扇设置在第二换热器冷侧通道和外界空气相连的管道中，用于将外部空气抽入第一换热器冷侧通道后经第二换热器冷侧通道排出；

所述水分离器的出口分别和引射器的进气口、过滤器的入口通过管道相连；

所述过滤器的出口、油雾分离器、中空纤维膜膜分离器的混合气体入口通过管道依次相连；

所述中空纤维膜膜分离器的富氧气体出口通过所述第三流量调节阀和所述引射器的引射流体入口管道相连，中空纤维膜膜分离器的富氮气体出口和所述第二流量调节阀的一端管道相连；所述第二流量调节阀的另一端用于氮气输出；

所述引射器的出气口、压力表、氧气分析仪的入口依次管道相连；氧气分析仪的出口用于氧气输出。

本发明还公开了一种该基于中空纤维膜机载制氮技术的座舱增压增氧的装置的工作方法，具体步骤如下：

发动机引气通过管道进入压气机增压升温；由压气机供给的高温高压气体经过第一流量调节阀进入第一换热器预冷后，再经过第二换热器冷却；第一换热器和第二换热器冷源由风扇抽吸冲压空气提供；