CN110053780B - 一种流向变换式耗氧型惰化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种流向变换式耗氧型惰化系统，涉及航空系统技术领域。本发明的具体原理为：将燃油箱上部的易燃易爆的燃油蒸汽混合物通过风机加热后引入催化反应器的进口，燃油蒸汽混合物在反应器中发生化学反应，燃油蒸汽被分解成水和二氧化碳，氧气被消耗；反应后的富氮气体通过冷却除水后返回油箱，对油箱进行惰化。反应器内部两端设由保温材料可以储存化学反应热，进出口处设由温度传感器，当反应器出口温度过高时，由反应器两端的三通阀在自动控制器的控制下实现流向变换操作，避免反应器飞温。因此该系统启动后，无需对燃油蒸汽混合物进行预热，具有温度自控、自热等优点。
Description
技术领域
本发明涉及航空系统技术领域，尤其涉及一种流向变换式耗氧型惰化系统。
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
本发明提供一种流向变换式耗氧型惰化系统，能够使得惰化系统启动后无需加热气体，利用自身反应热对燃油蒸汽进行反应，具有节能、自热、限制反应器出口温度、反应器温度均匀的特点。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种流向变换式耗氧型惰化系统，包括：第一风机、加热器、第一三通调节阀、第一蓄热床、催化床、第二蓄热床、反应器、第二三通调节阀、第二风机、水分离器。
待作业的油箱包含进气口和出气口，出气口和第一风机、加热器、第一三通调节阀、反应器的右端依次连接。
反应器的左端和第二三通调节阀、第二风机、水分离器、油箱的进气口依次连接。反应器上依次设置第一蓄热床、催化床、第二蓄热床。第一三通调节阀的右通口和加热器连接，左通口和反应器的右端连接，第二三通调节阀的右通口和反应器的左端连接，左通口和第二风机连接，第一三通调节阀的下通口连接在第二三通调节阀和反应器之间，第二三通调节阀的上通口连接在第一三通调节阀和反应器之间。
当反应器的左端温度过高时，第一三通调节阀的左通口闭合，下通口打开。第二三通调节阀的右通口闭合，上通口打开。
当反应器的右端温度过高时，第一三通调节阀的左通口打开，下通口闭合。第二三通调节阀的右通口打开，上通口闭合。
进一步的，蓄热床由材料高热容的惰性瓷球填充构成。
进一步的，催化床上设置的催化反应材料为负载型贵金属催化剂或金属氧化物催化剂。
进一步的，负载型贵金属催化剂为Pd-Al2O3负载型催化剂。
进一步的，金属氧化物催化剂为CrOx或ZrO2。
进一步的，第一风机和加热器之间设置第一电动调节阀，水分离器和油箱之间依次设置第二电动调节阀、止回阀。
进一步的，第一风机、第一电动调节阀、加热器、第一三通调节阀、第二三通调节阀、止回阀均连接控制器。
进一步的，控制器还连接氧浓度传感器，氧浓度传感器设置在油箱内部。
进一步的，控制器还连接氧浓度传感器温度传感器，温度传感器设置在反应器两端。
本发明的有益效果是：
本发明将燃油箱上部的易燃易爆的燃油蒸汽混合物通过风机加热后引入催化反应器的进口，燃油蒸汽混合物在反应器中发生化学反应，燃油蒸汽被分解成水和二氧化碳，氧气被消耗；反应后的富氮气体通过冷却除水后返回油箱，对油箱进行惰化。反应器内部两端设由保温材料可以储存化学反应热，当反应器出口温度过高时，通过改变反应器两端三通阀的工作状态实现流向变换操作，避免反应器飞温，保持反应器温度均匀。因此该系统启动后，无需对燃油蒸汽混合物进行预热，具有温度自控、自热、热度均匀的优点。
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-第一阻火器、2-氧浓度传感器、3-油箱、4-第二阻火器、5-第一风机、6-第一电动调节阀、7-加热器、8-第一三通调节阀、9-第一温度传感器、10-第一蓄热床、11-催化床、12-第二蓄热床、13-反应器、14-第二温度传感器、15-第二三通调节阀、16-第二风机、17-水分离器、18-第二电动调节阀、19-止回阀、20-控制器。
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流向变换式耗氧型惰化系统，如图1所示，包括：第一阻火器1、氧浓度传感器2、第二阻火器4、第一风机5、第一电动调节阀6、加热器7、第一三通调节阀8、第一温度传感器9、第一蓄热床10、催化床11、第二蓄热床12、反应器13、第二温度传感器14、第二三通调节阀15、第二风机16、水分离器17、第二电动调节阀18、止回阀19、控制器20。
油箱3包含气体出口和气体进口，油箱3的气体出口、第二阻火器4、第一风机5、第一电动调节阀6、加热器7依次连接。第一风机5将油箱3中的气体抽出并通入加热器7加热。加热器7的出口连接第一三通调节阀8的右通口，第一调节阀8的左通口连接反应器13的右端。第一三通调节阀8的左通口和反应器13之间连接的管道内设置第一温度传感器9。
反应器13从右向左依次设置第一蓄热床10、催化床11、第二蓄热床12，催化床11上设置的催化反应材料为负载型贵金属催化剂或金属氧化物催化剂，负载型贵金属催化剂为Pd-Al2O3负载型催化剂、金属氧化物催化剂为CrOx或ZrO2。第一蓄热床10和第二蓄热床12上设置材料高热容的惰性瓷球作为保温材料。经过加热的气体通入反应器13中反应，反应产生的热量被第一蓄热床10和第二蓄热床12保温在反应器13中。
反应器13的左端和第二三通调节阀15的右通口连接，第二三通调节阀15的左通口和第二风机16连接。
第一三通调节阀8的下通口通过管道连接于第二三通调节阀15和反应器13之间；第二三通调节阀15的上通口通过管道连接于第一三通调节阀8和反应器13之间。
第二风机16、水分离器17、第二电动调节阀18、止回阀19、第一阻火器1、油箱3进口依次连接。第二风机16将反应器13反应后产生的气体鼓入水分离器17中去除凝结水，再通入油箱3中进行惰化。
氧浓度传感器2的探头置于油箱3上部空间，用于测量其内部氧浓度含量，并将测量数据传输给控制器20；第一温度传感器9、第二温度传感器14分别测量反应器13两端管道内气体温度，并将数据传输给控制器20。
控制器20的输出端连接并控制第一风机5、第一电动调节阀6、加热器7、第一三通调节阀8、第二三通调节阀15、第二风机16、第二电动调节阀18、止回阀19的开关。
本实施例的工作过程如下：
1）惰化过程
反应器13出口的富氮气体，在输入第二风机16的抽吸作用下，流过水分离器17排除凝结水；依次流经第二电动调节阀18、止回阀19、第二阻火器1后，流入油箱3进行冲洗惰化。
2）反应器工作工程
在第一风机5抽吸下，由油箱3引出的燃油蒸汽混合物经过第一电动调节阀6的调节，经过加热器7加热后进入第一三通调节阀8的右通口进入反应器13中，燃油蒸汽被分解成水和二氧化碳，氧气被消耗，并释放热量，剩下的富氮气体在第二风机16的抽吸作用下引出。
3）数据采集及控制过程
氧浓度传感器2的探针伸入油箱3上部空间，测得的氧气浓度参数传输给控制器20；第一温度传感器9和第二温度传感器14测量反应器两端管道内气体温度，所测得温度参数传输给控制器20。
当氧浓度高于设定值时，控制器20输出信号，控制第一风机5、第一电动调节阀6、加热器7、第一三通调节阀8、第二三通调节阀15、第二风机16、第二电动调节阀18、止回阀19进行工作；氧浓度低于设定值时，停止工作。
其中，控制器采用V80-C航空专用PLC模块、温度传感器采用PT1000温度传感器、氧浓度传感器采用TY-3500-C 氧化锆氧浓度传感器、电动调节阀采用HJS-63A电动调节活门。控制器的数据采集、控制开关功能均为本领域的公知常识，本领域技术人员无需付出创造性劳动即可实现。
4）流向变换过程
惰化系统启动阶段，当第一温度传感器9所测温度高于设定值时，控制器20输出信号控制加热器7停止工作。
当第二温度传感器14的温度高于设定值时，控制器20输出信号控制第一三通调节阀8的左通口闭合，下通口打开；第二三通调节阀15的右通口闭合，上通口打开；当第一温度传感器9的温度高于设定值时，第一三通调节阀8的左通口打开，下通口闭合。第二三通调节阀15的右通口打开，上通口闭合，从而实现换向操作。
本发明的有益效果是：
本发明将燃油箱上部的易燃易爆的燃油蒸汽混合物通过风机加热后引入催化反应器的进口，燃油蒸汽混合物在反应器中发生化学反应，燃油蒸汽被分解成水和二氧化碳，氧气被消耗；反应后的富氮气体通过冷却除水后返回油箱，对油箱进行惰化。反应器内部两端设由保温材料可以储存化学反应热，进出口处设由温度传感器，当反应器出口温度过高时，由反应器两端的三通阀在控制器的控制下实现流向变换操作，避免反应器飞温。因此该系统启动后，无需对燃油蒸汽混合物进行预热，具有温度自控、自热等优点。
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 (7)
1.一种流向变换式耗氧型惰化系统，其特征在于，包括：第一风机（5）、加热器（7）、第一三通调节阀（8）、第一蓄热床（10）、催化床（11）、第二蓄热床（12）、反应器（13）、第二三通调节阀（15）、第二风机（16）、水分离器（17）；
待作业的油箱（3）包含进气口和出气口，出气口和第一风机（5）、加热器（7）、第一三通调节阀（8）、反应器（13）的右端依次连接；
反应器（13）的左端和第二三通调节阀（15）、第二风机（16）、水分离器（17）、油箱（3）的进气口依次连接；
反应器（13）上依次设置第一蓄热床（10）、催化床（11）、第二蓄热床（12），
第一三通调节阀（8）的右通口和加热器（7）连接，左通口和反应器（13）的右端连接，第二三通调节阀（15）的右通口和反应器（13）的左端连接，左通口和第二风机（16）连接，第一三通调节阀（8）的下通口连接在第二三通调节阀（15）和反应器（13）之间，第二三通调节阀（15）的上通口连接在第一三通调节阀（8）和反应器（13）之间；
所述蓄热床由材料高热容的惰性瓷球填充构成；催化床（11）上设置的催化反应材料为负载型贵金属催化剂或金属氧化物催化剂。
2.根据权利要求1所述的流向变换式耗氧型惰化系统，其特征在于，所述负载型贵金属催化剂为Pd-Al2O3负载型催化剂。
3.根据权利要求2所述的流向变换式耗氧型惰化系统，其特征在于，所述金属氧化物催化剂为CrOx或ZrO2。
4.根据权利要求1所述的流向变换式耗氧型惰化系统，其特征在于，第一风机（5）和加热器（7）之间设置第一电动调节阀（6），水分离器（17）和油箱（3）之间依次设置第二电动调节阀（18）、止回阀（19）。
5.根据权利要求4所述的流向变换式耗氧型惰化系统，其特征在于，第一风机（5）、第一电动调节阀（6）、加热器（7）、第一三通调节阀（8）、第二三通调节阀（15）、止回阀（19）均连接控制器（20）。
6.根据权利要求5所述的流向变换式耗氧型惰化系统，其特征在于，控制器（20）还连接氧浓度传感器（2），氧浓度传感器（2）设置在油箱（3）内部。
7.根据权利要求6所述的流向变换式耗氧型惰化系统，其特征在于，控制器（20）还分别连接第一温度传感器（9）和第二温度传感器（14），第一温度传感器（9）和第二温度传感器（14）分别设置在反应器（13）两端。
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