CN110963061A - 基于电动机驱动压缩机的座舱增压供氧系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电动机驱动压缩机的座舱增压供氧系统，包含温度传感器、第一电动控制阀、文丘里稳压器、第一流量传感器、中空纤维膜分离器、氧浓度传感器、第二电动控制阀、压缩机、电动机、冷却器、第二温度传感器、第三电动控制阀、第二流量传感器和控制器；本发明以中空纤维膜作为氧氮分离方式，并充分利用座舱对供给气体的压力要求，应用由电机驱动的压缩机，将中空纤维膜空气分离器分离的富氧气体予以回收，增压后供给座舱。本发明具有体积小、减少发动机引气量、发动机引气利用率高、系统简单、可靠性高、提高座舱环境舒适性等优点，更好地符合了飞机座舱增压供氧系统的发展方向。

Description

基于电动机驱动压缩机的座舱增压供氧系统

技术领域

本发明涉及航空系统技术领域，尤其涉及一种基于电动机驱动压缩机的座舱增压供氧系统。

背景技术

航空生理学研究表明,人如果长期暴露于高空低压环境下,就会出现高空减压、高空缺氧等症状,座舱内大幅度频繁的压力波动或压力变化特别容易引起中耳损伤,严重的情况下，还会危及生命。因此必须对座舱增压来提升座舱空气氧分压，以确保乘员不发生缺氧反应。对于续航时间较长民航客机,一般都选择保持座舱内环境压力相当于2400m以下的水平。目前，克服高空缺氧的有效措施主要有两项:一是采用加压座舱,使成员处于不缺氧的座舱高度;二是提高吸气中的氧气浓度,使氧分压达到规定水平。

目前主流的大型客机均采用了飞机发动机引气这种供气方式，引气经过环控系统压力、温度调节后进入座舱，给乘客创造一个相对适宜的环境。由于不同海拔高度下发动机引气中的氧浓度均保持基本恒定（氮气体积浓度为78%，氧气体积浓度为21%），因此，这种方式不能有效提高座舱氧分压水平，确保乘员的氧分压仅能依靠座舱压力的提升，它加大了座舱结构强度和引气量需求，增加了燃油代偿损失。

与此同时，燃油箱惰化系统中的机载制氮系统也需要从发动机引气，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，造成较大的代偿损失。如：在利用膜分离技术制取氮气时，当产生的富氮气体体积分数为95%时，对应的富氧气体体积分数将高达35%左右，而这部分富氧气体通常被当作废气排出机外而白白浪费，导致对发动机引气利用不够充分。因此，如果可以将制氮系统的排放废气（富氧气体）增压处理后用于座舱的增压供氧，则可以大大地减少飞机发动机的引气量，它一方面可提高膜制氮系统的分离效率，另一方面有利于提高座舱环境舒适性，降低座舱压力，减小了爆破减压的危险性和对机体结构的强度要求，然而由于制氮系统产生的富氧气体压力条件不满足直接通入座舱条件，要想利用这部分富氧气体对座舱进行增压供氧存在着一定技术难度。

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，为了克服现有飞机的发动机引气量大、代偿损失高、爆破减压危险性大等不足，提供一种带由电动机驱动压缩机的增压供氧系统。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于电动机驱动压缩机的座舱增压供氧系统，其特征在于，包含温度传感器、第一电动控制阀、 文丘里稳压器、第一流量传感器、中空纤维膜分离器、氧浓度传感器、第二电动控制阀、压缩机、电动机、冷却器、第二温度传感器、第三电动控制阀、第二流量传感器和控制器；

所述中空纤维膜分离器包含混合气体入口、氧气出口和氮气出口，用于将从混合气体入口进入的混合气体分离为富氧气体、富氮气体后分别经氧气出口、氮气出口输出；

所述第一电动控制阀一端和发动机引气通过管道相连，第一电动控制阀的另一端、文丘里稳压器、中空纤维膜分离器的混合气体入口通过管道依次相连；

所述中空纤维膜分离器的氮气出口通过所述第二电动控制阀和飞机的油箱管道相连；中空纤维膜膜分离器的氧气出口、压缩机、冷却器、第三电动控制阀的一端依次管道相连；

所述第三电动控制阀的另一端和飞机座舱通过管道联通；

所述电动机用于驱动所述压缩机工作；

所述第一温度传感器设置在第一电动控制阀和发动机引气之间的管道中；所述第一流量传感器设置在文丘里稳压器、中空纤维膜分离器之间的管道中；所述第二温度传感器设置在冷却器、第三电动控制阀之间的管道中；所述第二流量传感器设置在第三电动控制阀和座舱之间的管道中；所述氧浓度传感器设置在中空纤维膜分离器、第二电动控制阀之间的管道中；

所述控制器分别和所述第一温度传感器、第二温度传感器、第一流量传感器、第二流量传感器、氧浓度传感器、电动机、第一电动控制阀、第二电动控制阀、第三电动控制阀电气相连，用于获取第一温度传感器、第二温度传感器、第一流量传感器、第二流量传感器、氧浓度传感器的感应信息并控制电动机、第一电动控制阀、第二电动控制阀、第三电动控制阀工作。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明应用电动机驱动压缩机，将中空纤维膜分离器排放的气体予以回收。系统无专门的制氧设备，通过压缩机、冷却器将中空纤维膜分离器排放的富氧气体增压冷却调节到满足供入座舱的条件；减小了对发动机引气量的要求；提高了对发动机引气量的利用效率；提高了座舱环境舒适性；降低了对机体结构的强度要求，提高了经济性；系统运行可靠，体积小，重量轻，制造可行，符合机载设备的要求。它可应用于各种类型的民用飞机上，作为座舱增压供氧与油箱惰性化安全保护措施耦合的机载设备。

附图说明

图1是本发明基于电动机驱动压缩机的座舱增压供氧系统示意图。

图中，1-第一温度传感器，2-第一电动控制阀， 3-文丘里稳压器，4-第一流量传感器，5-中空纤维膜分离器，6-氧浓度传感器，7-第二电动控制阀，8-油箱，9-压缩机，10-电动机，11-冷却器，12-第二温度传感器，13-第三电动控制阀，14-第二流量传感器，15-座舱，16-控制器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

如图1所示，本发明公开了一种基于电动机驱动压缩机的座舱增压供氧系统，包含温度传感器、第一电动控制阀、 文丘里稳压器、第一流量传感器、中空纤维膜分离器、氧浓度传感器、第二电动控制阀、压缩机、电动机、冷却器、第二温度传感器、第三电动控制阀、第二流量传感器和控制器；

所述中空纤维膜分离器包含混合气体入口、氧气出口和氮气出口，用于将从混合气体入口进入的混合气体分离为富氧气体、富氮气体后分别经氧气出口、氮气出口输出；

所述第一电动控制阀一端和发动机引气通过管道相连，第一电动控制阀的另一端、文丘里稳压器、中空纤维膜分离器的混合气体入口通过管道依次相连；

所述中空纤维膜分离器的氮气出口通过所述第二电动控制阀和飞机的油箱管道相连；中空纤维膜分离器的氧气出口、压缩机、冷却器、第三电动控制阀的一端依次管道相连；

所述第三电动控制阀的另一端和飞机座舱通过管道联通；

所述电动机用于驱动所述压缩机工作；

所述第一温度传感器设置在第一电动控制阀和发动机引气之间的管道中；所述第一流量传感器设置在文丘里稳压器、中空纤维膜分离器之间的管道中；所述第二温度传感器设置在冷却器、第三电动控制阀之间的管道中；所述第二流量传感器设置在第三电动控制阀和座舱之间的管道中；所述氧浓度传感器设置在中空纤维膜分离器、第二电动控制阀之间的管道中；

所述控制器分别和所述第一温度传感器、第二温度传感器、第一流量传感器、第二流量传感器、氧浓度传感器、电动机、第一电动控制阀、第二电动控制阀、第三电动控制阀电气相连，用于获取第一温度传感器、第二温度传感器、第一流量传感器、第二流量传感器、氧浓度传感器的感应信息并控制电动机、第一电动控制阀、第二电动控制阀、第三电动控制阀工作。

本发明还公开了一种该基于电动机驱动压缩机的座舱增压供氧系统的工作方法，包含以下具体步骤：

飞机发动机的引气流过温度传感器、第一电动控制阀后，在文丘里稳压器中稳定、稳压后流过第一流量传感器，再通过中空纤维膜分离器被分离为富氮气体和富氧气体，其中，富氮气体流经氧浓度传感器、第二电动控制阀后通入飞机油箱进行惰化；富氧气体则在压缩机中被压缩后流经冷却器进行冷却；冷却后的富氧气体通过温度传感器、第三电动控制阀以及第二流量传感器后流入座舱，作为氧气输出，供乘客呼吸所用；

第一温度传感器探测发动机引气的温度并将信号传输到控制器，当发动机引气的温度大于预设的第一温度阈值时，控制器输出控制信号给第一电动控制阀，将其关闭；

第二温度传感器探测冷却后的富氧气体温度并将信号传输到控制器，当富氧气体温度大于预设的第二温度阈值时，控制器输出控制信号给第三电动控制阀，将其关闭；

第一流量传感器、第二流量传感器探测气体流量并将信号传输到控制器，用于分析判断系统工作状况；

氧浓度传感器探测富氮气体中的氧气浓度并将信号传输到控制器，当富氮气体中的氧浓度大于预设的氧浓度阈值时，控制器输出控制信号给第二电动控制阀，将其关闭；

控制器根据冷却后的富氧气体是否满足座舱供氧的压力和温度条件来控制第三电动控制阀的开合程度。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.基于电动机驱动压缩机的座舱增压供氧系统，其特征在于，包含温度传感器、第一电动控制阀、文丘里稳压器、第一流量传感器、中空纤维膜分离器、氧浓度传感器、第二电动控制阀、压缩机、电动机、冷却器、第二温度传感器、第三电动控制阀、第二流量传感器和控制器；

所述中空纤维膜分离器包含混合气体入口、氧气出口和氮气出口，用于将从混合气体入口进入的混合气体分离为富氧气体、富氮气体后分别经氧气出口、氮气出口输出；

所述第一电动控制阀一端和发动机引气通过管道相连，第一电动控制阀的另一端、文丘里稳压器、中空纤维膜分离器的混合气体入口通过管道依次相连；

所述中空纤维膜分离器的氮气出口通过所述第二电动控制阀和飞机的油箱管道相连；中空纤维膜分离器的氧气出口、压缩机、冷却器、第三电动控制阀的一端依次管道相连；

所述第三电动控制阀的另一端和飞机座舱通过管道联通；

所述电动机用于驱动所述压缩机工作；

所述第一温度传感器设置在第一电动控制阀和发动机引气之间的管道中；所述第一流量传感器设置在文丘里稳压器、中空纤维膜分离器之间的管道中；所述第二温度传感器设置在冷却器、第三电动控制阀之间的管道中；所述第二流量传感器设置在第三电动控制阀和座舱之间的管道中；所述氧浓度传感器设置在中空纤维膜分离器、第二电动控制阀之间的管道中；

所述控制器分别和所述第一温度传感器、第二温度传感器、第一流量传感器、第二流量传感器、氧浓度传感器、电动机、第一电动控制阀、第二电动控制阀、第三电动控制阀电气相连，用于获取第一温度传感器、第二温度传感器、第一流量传感器、第二流量传感器、氧浓度传感器的感应信息并控制电动机、第一电动控制阀、第二电动控制阀、第三电动控制阀工作。

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