CN109774954A - 一种基于催化燃烧技术的可控温的燃油箱惰化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于催化燃烧技术的可控温的燃油箱惰化装置，涉及航空系统技术领域，能够控制油箱内以及催化反应出口的温度，并且催化反应均匀。本发明的原理为：将油箱上部的气相空间燃油蒸汽和空气混合物分若干部分分别通入催化燃烧反应器。第一部分气体进行预热，在催化剂的作用下燃油蒸汽分解成氧气和水蒸气并释放热量；其余部分的气体前面的气体继续混合反应。反应过程消耗空气中的氧气，反应后的富氮气体流入油箱进行冲洗惰化。本发明能够在常温常压下操作，惰化效率高，仅需对一部分气体预热，对气体预热装置要求低，反应装置在惰化过程中温度均匀，对反应器出口温度可控。
Description
技术领域
本发明涉及航空系统技术领域，尤其涉及一种基于催化燃烧技术的可控温的燃油箱惰化装置。
背景技术
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（cabin safety research technical group ,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。
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。
但是现有的耗氧型惰化系统存在预热量大，并且催化反应器温度不均匀，出口温度难以控制的缺点。
发明内容
本发明提供一种基于催化燃烧技术的可控温的燃油箱惰化装置，能够控制油箱内以及催化反应出口的温度，并且催化反应均匀。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于催化燃烧技术的可控温的燃油箱惰化装置，包括：氧浓度传感器、输出风机、电动调节阀、加热器、温度传感器、反应器、催化床、输入风机、水分离器、控制器。
氧浓度传感器安装在待作业的油箱上部空间内，检测油箱上部氧浓度。油箱具有输入口和输出口，油箱的输出口连接输出风机，输出风机连接若干个电动调节阀，电动调节阀分别连接设置在反应器中若干催化床间的空隙，催化床对燃油蒸汽进行分解，消耗氧气。最靠近反应器出口处的催化床内还设置温度传感器，反应器出口连接输入风机，输入风机的另一端连接水分离器，水分离器再通过一个电动调节阀连接油箱的输入口。
所有的电动调节阀和温度传感器均连接控制器，控制器监测温度传感器采集到的温度数据，从而做出判断，关断电动调节阀。
进一步的，反应器入口前设置加热器，加热后的气体输入催化床，加速催化反应。
进一步的，每个催化床内均设置温度传感器，从而监测每一个催化床的反应温度，对催化反应有更精准的控制。
进一步的，与水分离器连接的电动调节阀还连接止回阀，止回阀另一端连接油箱的输入口。
进一步的，油箱的输入口和输出口均设置阻火器。
本发明的有益效果是：
本发明将油箱上部气相空间燃油蒸汽和空气混合物通入到反应器中，通过催化床的作用，将燃油蒸汽分解成水蒸汽和二氧化碳，消耗氧气并释放热量；通过分流与反应后气体混合，减少预热气体量；通过电动阀调节进入反应器的气体量，实现对反应器冷却，并使催化床处于一个有益的反应温度，并降低反应器出口温度，提高燃油蒸汽转化率；反应后的气体干燥后富含氮气和CO2，无需冷却即可流入油箱进行冲洗惰化，达到燃油箱防火防爆的目的；本发明具有惰化效率高，结构简单，温度可控，预热气体量少，温度可控等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是实施例的结构示意图。
其中，1-氧浓度传感器，2-油箱，3-第一阻火器，4-输出风机，5-第一电动调节阀，6-第二电动调节阀，7-第三电动调节阀，8-加热器，9-第一温度传感器，10-第二温度传感器，11-第三温度传感器，12-反应器，13-第一催化床，14-第二催化床，15-第三催化床，16-控制器，17-输入风机，18-水分离器，19-第四电动调节阀，20-止回阀，21-第二阻火器。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明实施例提供一种基于催化燃烧技术的可控温的燃油箱惰化装置，如图1所示，包括：氧浓度传感器1、第一阻火器3、输出风机4、第一电动调节阀5、第二电动调节阀6、第三电动调节阀7、加热器8、第一温度传感器9、第二温度传感器10、第三温度传感器11、反应器12、第一催化床13、第二催化床14、第三催化床15、控制器16、输入风机17、水分离器18、第四电动调节阀19、止回阀20、第二阻火器21。
氧浓度传感器1的探头伸入油箱2内，用于测量油箱2内气体的氧浓度，并将测量结果传输至控制器16。油箱2包含气体出口和气体入口，油箱2的气体出口、第一阻火器3、输出风机4的入口依次通过管道连接。
输出风机4的出口分别和第一电动调节阀5、第二电动调节阀6、第三电动调节阀7的入口相连。反应器12包含气体入口端和出口端，反应器内部设置第一催化床13、第二催化床14、第三催化床15，并依次排列在反应器12中，用于分解燃油蒸汽，消耗氧气。
第一电动调节阀5通过加热器8连接反应器的入口端。第二电动调节阀6通过管道通入第一催化床13和第二催化床14之间，第三电动调节阀7通过管道通入第二催化床14和第三催化床15之间。
第一温度传感器9、第二温度传感器10、第三温度传感器11的探头依次伸入第一催化床。
反应器12的出口端、输入风机17、水分离器18、第四电动调节阀19、止回阀20、第二阻火器21、油箱2的入口依次管道相连，其中水分离器18对气体中的水进行分离并排出。
控制器16的电流输入端分别和输入风机17、第四电磁阀19、止回阀20、输出风机4、第一电动调节阀5、第二电动调节阀6、第三电动调节阀7、加热器8电器相连。
本实施例的工作过程如下：
1）反应器工作过程
油箱2上部气相空间燃油蒸汽和空气混合气体在输出风机4的抽吸作用下，通过第一阻火器3，输出风机4后，由第一电动调节阀5、第二电动调节阀6、第三电动调节阀7按合适比例分三股气体进入反应器。
其一股由第一电动调节阀5引出经过加热器8预热后进去第一催化床13进行催化反应，燃油蒸汽被分解成水和二氧化碳，氧气被消耗，并释放热量。其二股由第二电动调节阀6调节后引入与第一股反应后的气体混合，并进入第二催化床14进行催化反应，其三股由第三电动调节阀11调节后引入与前两股反应后的气体混合，进入第三催化床15进行催化反应。
2）惰化过程
反应器12出口的富氮气体，在输入风机17的抽吸作用下，流过水分离器17排除凝结水；依次流经第四电动调节阀19、止回阀20、第二阻火器21后，流入油箱2进行冲洗惰化；
3）数据采集及控制过程
氧浓度传感器1通过探杆探测油箱2上部气相空间氧浓度并将信号传输到控制器16；当氧浓度大于给定值时，控制器16输出控制信号连通输出风机4、输入风机17、第一电动调节阀5、第二电动调节阀6、第三电动调节阀7、加热器8、第四动调节阀19，系统开始工作；当氧浓度小于给定值时，系统停止工作；
第一温度传感器9、第二温度传感器10、分别测量第一催化床13、第二催化床14的温度值并将信号传输给控制器16；当温度值与给定值有所偏差时，控制器16输出控制信号连通第二电动调节阀6、第三电动调节阀7，控制其调节流量大小。
第三温度传感器11测量第三催化床11温度值，并将信号传输给控制器16；当温度大于给定值，控制器16输出控制信号并关闭第四电动调节阀19，以防高温气体进入油箱，保证油箱安全。
本发明的有益效果是：
本发明将油箱上部气相空间燃油蒸汽和空气混合物通入到反应器中，通过催化床的作用，将燃油蒸汽分解成水蒸汽和二氧化碳，消耗氧气并释放热量；通过分流与反应后气体混合，减少预热气体量；通过电动阀调节进入反应器的气体量，实现对反应器冷却，并使催化床处于一个有益的反应温度，并降低反应器出口温度，提高燃油蒸汽转化率；反应后的气体干燥后富含氮气和CO2，无需冷却即可流入油箱进行冲洗惰化，达到燃油箱防火防爆的目的；本发明具有惰化效率高，结构简单，温度可控，预热气体量少，温度可控等优点。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种基于催化燃烧技术的可控温的燃油箱惰化装置，其特征在于，包括：氧浓度传感器、输出风机、电动调节阀、加热器、温度传感器、反应器、催化床、输入风机、水分离器、控制器，
氧浓度传感器安装在待作业的油箱上部空间内，油箱具有输入口和输出口，油箱的输出口连接输出风机，输出风机连接若干个电动调节阀，电动调节阀分别连接设置在反应器中若干催化床间的空隙，最靠近反应器出口处的催化床内还设置温度传感器，反应器出口连接输入风机，输入风机的另一端连接水分离器，水分离器再通过一个电动调节阀连接油箱的输入口；
所有的电动调节阀和温度传感器均连接控制器。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，反应器入口前设置加热器。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个所述催化床内均设置所述温度传感器。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，与所述水分离器连接的所述电动调节阀还连接止回阀，止回阀另一端连接所述油箱的输入口。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述油箱的输入口和输出口均设置阻火器。
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