[发明专利]具有除湿功能的飞行器燃油箱惰化系统

说明书

本发明涉及具有除湿功能的飞行器燃油箱惰化系统，包含油箱、风机、电加热器、催化反应器、第三阻火器、冷却器、水分离器、膜式干燥器、第三电动调节阀、第四电动调节阀和控制器；所述膜干燥器吹扫气通道入口和出口均连通大气环境；所述水分离器液态水出口连通大气环境，且依次串联形成回路；冲压空气经过第三电动调节阀连通到冷却器，同时冲压空气经过第四电动调节阀连通到电加热器；所述控制器用于控制风机工作，以及对冲压空气导入冷却器和电加热器的流量进行控制。本发明将油箱上部气相空间燃油蒸气和空气混合物经过温度调节后在催化氧化反应器中进行无焰催化燃烧后，燃油蒸汽中的碳氢化合物被氧化成二氧化碳和水。使得流回油箱的惰化气体得到充分干燥，利用冲压空气进行初步冷却除水，然后在膜干燥器中进行深度干燥，使惰化气体中的水分子被充分带走。

技术领域

本发明涉及航空系统技术领域，涉及一种飞行器燃油箱惰化系统，特别涉及具有除湿功能的飞行器燃油箱惰化系统，尤其是基于膜式干燥器的具有除湿功能的飞行器燃油箱惰化系统。

发明背景

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，直接关系到飞机生存力和易损性，也关系到飞机的利用率、成本以及人员安全。燃油箱若具有防爆能力，即使中弹或其他原因引起火灾，也不至于机毁人亡，飞机经修复后乃可继续使用，这就相应提高了飞机的利用率和生存力，降低了飞机的易损性。飞机燃油箱防爆技术的采用还可以增加救生时间，使飞机在燃油箱出现故障的情况下有足够的时间返航。另外，还可以在应急情况下保护飞机。

常见的飞行器油箱惰化技术主要有液氮惰化技术、Halon 1301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-Board InertGas Generator System，OBIGGS)是目前最经济、实用的飞机油箱燃爆抑制技术。OBIGGS把来自发动机或环控系统的引气，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，富氧气体排出机外，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”(Green On-Board Inert Gas Generation System，GOBIGGS)。这种新型惰化技术具有几个重要优势：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。

但是为保证油箱安全及燃油的正常使用，需将催化反应器出口的高温高湿惰化气体冷却干燥，方可通入油箱气相空间进行惰化。但是冷却用的冲压空气或环控引气的冷却能力有限，惰化气体进入油箱后，与低温的油箱壁面接触会进一步析出液态水，燃油中水分过多可能会导致发动机停车、油量测量系统故障以及燃油泵入口结冰等情况。这一问题已日渐受到飞机燃油系统设计人员以及地面维护人员的关注。

本发明基于膜处理技术对流入油箱的惰化气体进行充分干燥，膜分离技术是一种新型分离技术，是以选择性透过膜作为分离介质，在膜两侧驱动力(如压力差、浓度差、温度差)的作用下，原料侧的组分有选择性地透过膜，实现分离、提纯。对于特定的膜材料，水蒸气在其中的透过速率比较大，其渗透系数比氮气、氧气和其它一些空气中的微量气体至少高两个数量级。当湿润的空气流经中空纤维膜(进气侧)时，水蒸气被膜材料吸收，然后在极薄的膜壁中扩散至膜丝的另一侧(渗透侧)，并由小部分干燥吹扫气反吹带出膜干燥器，得到的干燥压缩空气从中空纤维膜出口流出，从而完成水-气分离。整个过程中，膜管内外始终存在水蒸气分压差，保证水分子不断向外扩散，形成一个连续不断的干燥过程。膜干燥器产出的干燥气体露点极低，且具有体积小、重量轻、无须维护等优点。