CN111086645A - 一种利用环控制冷系统降低油箱可燃性的装置及工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用环控制冷系统降低油箱可燃性的装置及方法，属于飞机燃油箱防火防爆技术领域。本发明的装置中，环控制冷系统中发动机压缩机高压空气经过过滤、换热以及除水装置后在涡轮膨胀机内膨胀降温，一部冷空气进入座舱进行温度调节，另一部分冷空气充入油箱气相空间降低气体混合物温度，使气体混合物中燃油蒸气冷凝，从而降低混合物中燃油蒸气浓度，并使其低于可燃界限，防止油箱燃烧爆炸。本发明在不安装机载制氮惰化系统的前提下可降低油箱可燃性，保护飞机安全，减轻了飞机重量，降低了燃油代偿损失。
Description
技术领域
本发明涉及防火防爆技术领域，涉及一种利用环控制冷系统降低油箱可燃性的装置及工作方法。
背景技术
飞机油箱气相空间存在燃油蒸气和空气的混合物，当混合物处于可燃浓度比例、出现点火源时，油箱将发生燃烧爆炸，导致机毁人亡事故发生。事实上，点火源是飞机设计与制造者竭力避免的，但却难以根除的现象，因此，为了防止飞机油箱燃爆事故的发生，必须采用降低油箱可燃性的技术措施，即：通过技术措施使得油箱气相空间混合物处于不可燃状态。
目前应用比较成熟的降低油箱可燃性技术措施主要是机载中空纤维膜制氮油箱惰化技术，它是利用机载中空纤维膜空气分离装置产生富氮气体，并将富氮气体充入油箱气相空间，以降低混合物中的氧气浓度，通过控制混合物中的氧浓度水平来使得油箱气相空间混合物处于不可燃状态，但是，它亦存在引气压力大，空气洁净度要求高，膜丝寿命短等缺点。
事实上，油箱燃烧不仅与气相空间氧气浓度有关，而且与燃油蒸气浓度密切相关，因此采用一定技术方法降低油箱气相空间燃油蒸气浓度，使其浓度低于可燃下限，则也可达到使得油箱气相空间混合物处于不可燃状态的目的。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，公开了一种利用环控制冷系统降低油箱可燃性的装置及工作方法，本发明的装置中利用环控制冷系统将一部分冷却空气充入油箱气相空间，降低其温度，使燃油蒸气冷凝，降低气相空间燃油蒸气浓度，并使之低于可燃界限，从而防止油箱燃烧爆炸，保障飞机安全。
本发明是这样实现的：
一种利用环控制冷系统降低油箱可燃性的装置，该装置包括发动机引气，所述的发动机引气后依次设置的装置有空气过滤器、截止阀、第一换热器、空气压缩机、第二换热器、回热器、冷凝器、水分离器；所述的水分离器设置有气体出口及液体出口，所述的水分离器的气体出口连通至回热器，所述的回热器出口依次连接涡轮膨胀机、三通阀；所述的水分离器的液体出口连通至第二换热器，向第二换热器喷水；所述的三通阀设置有两个气体出口，其一气体出口依次连接冷凝器、座舱；其二气体出口连接油箱冷却气体入口，油箱出口与外界环境相连。
进一步，所述的第一换热器的两侧为热通道，所述的第一换热器的热通道入口与截止阀连接；所述的第一换热器的热通道出口与空气压缩机连接。
进一步，所述的第二换热器分别设置热通道以及冷通道；所述的第二换热器的热通道入口与空气压缩机连接；所述的第二换热器的热通道出口与回热器连接；所述的第二换热器的冷通道入口为冲压空气，所述的第二换热器的冷通道出口与第一换热器入口连接，冷通道气体最后排入外界环境。
进一步，所述的回热器分别设置热通道以及冷通道；所述的回热器的热通道入口与第二换热器连接；所述的回热器的热通道出口与冷凝器连接；所述的回热器的冷通道两侧分别与水分离器气体出口、涡轮膨胀机气体入口连接。
进一步，所述的空气压缩机与涡轮膨胀机同轴连接。
进一步，所述的油箱上方分别安装有压力传感器、蒸气浓度传感器、温度传感器。
进一步，所述的装置通过控制器控制，具体的，所述的控制器分别控制压力传感器、蒸气浓度传感器、温度传感器、截止阀、三通阀；所述的压力传感器、蒸气浓度传感器、温度传感器通过电缆与控制器信号输入端连接；所述的截止阀、三通阀通过电缆与控制器信号输出端连接。
本发明还公开了一种利用环控制冷系统降低油箱可燃性的装置的工作方法，其特征在于，所述的方法为：
发动机引气经过空气过滤器过滤除杂后流过截止阀后进入第一换热器热通道被冷却，然后进入空气压缩机）被压缩，升压后依次进入第二换热器热通道、回热器热通道和冷凝器热通道被冷却，进入水分离器后分离出液态水，液态水和冲压空气一起喷洒在第二换热器上以提高换热效率；水分离器流出的空气经过回热器冷侧通道进入涡轮膨胀机，经过膨胀降温降压后进入三通阀入口；
一部分冷空气经过三通阀其一气体出口流入冷凝器冷侧通道后进入座舱进行座舱温度调节；另一部分冷空气经过三通阀其二气体出口流入油箱气相空间，降低其气相空间气体混合物温度，使气体混合物中燃油蒸气冷凝为液体，降低油箱气相空间气体混合物中的燃油蒸气浓度，并使之低于可燃所需的最小燃油蒸气浓度，所产生的废气最后排入外界环境；
控制器利用压力传感器、蒸气浓度传感器和温度传感器采集油箱气相空间的压力、蒸气浓度和温度值，调节截止阀和三通阀开度，从而调节进入油箱冷却气体量，使油箱气相空间燃油蒸气浓度在控制范围内。
本发明与现有技术的有益效果在于：
本发明直接利用飞机环控的制冷装置实现了降低油箱可燃性和座舱温度调节双功能，与现有技术相比，减少机载空气分离装置，大幅节省了油箱可燃性降低技术措施的成本、重量、体积，同时提升了系统的可靠性和经济性。
本发明利用第一换热器、第二换热器、回热器、冷凝器对飞机发动机压缩机高压空气进行多次降温后分离出液态水，后进入涡轮膨胀机进行膨胀降温，涡轮膨胀做功带动空气压缩机做功，可减少航空电源消耗，经膨胀冷却后的低温气体一部分进入座舱进行温度调节，另一部分充入油箱气相空间降低其温度，从而使燃油蒸气冷凝，降低气相空间燃油蒸气浓度，同时可根据压力传感器、蒸气浓度传感器、温度传感器实时传输测量数据，利用控制器进行反馈调节，控制冷却空气流量。
附图说明
图1为本发明实施例中一种利用环控制冷系统降低油箱可燃性的装置示意图；
图中， 1、空气过滤器，2、截止阀，3、第一换热器，4、第二换热器，5、回热器，6、冷凝器，7、水分离器，101、座舱，201、空气压缩机，202、涡轮膨胀机，203、三通阀，204、油箱，205、压力传感器，206、蒸气浓度传感器，207、温度传感器，301、控制器。
具体实施方式
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，本发明的利用环控制冷系统降低油箱可燃性的装置包括括空气过滤器1，所述的空气过滤器1入口连接冲压空气，所述的空气过滤器1出口依次连接截止阀2第一换热器3、空气压缩机201、第二换热器4、回热器5、冷凝器6、水分离器7；
水分离器7有气体出口及液体出口；水分离器7气体出口依次连接回热器5、涡轮膨胀机202、三通阀203；水分离器7液体出口向第二换热器4喷水；
三通阀203有两个气体出口，第一气体出口依次连接冷凝器6、座舱101；第二气体出口连接油箱204冷却气体入口，油箱204出口与外界环境相连；
第一换热器3的热通道两侧分别与截止阀2、空气压缩机201连接；
第二换热器4的热通道两侧分别与空气压缩机201、回热器5连接；
第二换热器4的冷通道入口为冲压空气，出口与第一换热器3入口连接，最后排入外界环境；
空气压缩机201与涡轮膨胀机202同轴连接；
回热器5的热通道两侧分别与第二换热器4、冷凝器6连接；所述的回热器5的冷通道两侧分别与水分离器7气体出口、涡轮膨胀机202气体入口连接；
冷凝器6热通道两侧分别与回热器5、水分离器7入口连接；所述的冷凝器6冷通道两侧分别与三通阀203第一气体出口和座舱101连接；
油箱204冷却气体入口与三通阀203第二气体出口连接；所述油箱204上安装有压力传感器205、蒸气浓度传感器206、温度传感器207；
压力传感器205、蒸气浓度传感器206、温度传感器207通过电缆与控制器301信号输入端连接；
截止阀2、三通阀203通过电缆与控制器301信号输出端连接。
本发明中利用环控制冷系统降低油箱可燃性装置的工作，包含以下过程：
飞机发动机压缩机高压空气经过空气过滤器1过滤除杂后流过截止阀2后进入第一换热器3热通道被冷却，然后进入空气压缩机201被压缩，升压后依次进入第二换热器4热通道、回热器5热通道和冷凝器6热通道被冷却，进入水分离器7后分离出液态水，液体水和冲压空气一起喷洒在第二换热器4上以提高换热效率，水分离器7流出的空气经过回热器5冷通道进入涡轮膨胀机202，经过膨胀降温降压后进入三通阀入口；
一部分冷空气经过三通阀203第一气体出口流入冷凝器6冷通道后，进入座舱101进行温度调节；另一部分冷空气经过三通阀203第二气体出口流入油箱204气相空间，降低油箱气相空间气体混合物温度，使气体混合物中燃油蒸气被冷凝为液体，降低油箱气相空间气体混合物中的燃油蒸气浓度，所产生的废气最后排入外界环境；
控制器301利用压力传感器5、蒸气浓度传感器206和温度传感器207采集油箱204气相空间的压力、燃油蒸气浓度和温度值，调节截止阀和三通阀开度，从而调节进入油箱冷却气体量，使油箱气相空间燃油蒸气浓度在控制范围内。
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 (8)
1.一种利用环控制冷系统降低油箱可燃性的装置，其特征在于，所述的装置包括发动机引气，所述的发动机引气后依次设置的装置有空气过滤器（1）、截止阀（2）、第一换热器（3）、空气压缩机（201）、第二换热器（4）、回热器（5）、冷凝器（6）、水分离器（7）；
所述的水分离器（7）设置有气体出口及液体出口，所述的水分离器（7）的气体出口连通至回热器（5），所述的回热器（5）出口依次连接涡轮膨胀机（202）、三通阀（203）；所述的水分离器（7）的液体出口连通至第二换热器（4），向第二换热器（4）喷水；
所述的三通阀（203）设置有两个气体出口，其一气体出口依次连接冷凝器（6）、座舱（101）；其二气体出口连接油箱（204）冷却气体入口，油箱（204）出口与外界环境相连。
2.根据权利要求1所述的一种利用环控制冷系统降低油箱可燃性的装置，其特征在于，所述的第一换热器（3）的两侧为热通道，所述的第一换热器（3）的热通道入口与截止阀（2）连接；所述的第一换热器（3）的热通道出口与空气压缩机（201）连接。
3.根据权利要求1所述的一种利用环控制冷系统降低油箱可燃性的装置，其特征在于，所述的第二换热器（4）分别设置热通道以及冷通道；所述的第二换热器（4）的热通道入口与空气压缩机（201）连接；所述的第二换热器（4）的热通道出口与回热器（5）连接；所述的第二换热器（4）的冷通道入口为冲压空气，所述的第二换热器（4）的冷通道出口与第一换热器（3）入口连接，冷通道气体最后排入外界环境。
4.根据权利要求1所述的一种利用环控制冷系统降低油箱可燃性的装置，其特征在于，所述的回热器（5）分别设置热通道以及冷通道；所述的回热器（5）的热通道入口与第二换热器（4）连接；所述的回热器（5）的热通道出口与冷凝器（6）连接；所述的回热器（5）的冷通道两侧分别与水分离器（7）气体出口、涡轮膨胀机（202）气体入口连接。
5.根据权利要求1所述的一种利用环控制冷系统降低油箱可燃性的装置，其特征在于，所述的空气压缩机（201）与涡轮膨胀机（202）同轴连接。
6.根据权利要求1所述的一种利用环控制冷系统降低油箱可燃性的装置，其特征在于，所述的油箱（204）上方分别安装有压力传感器（205）、蒸气浓度传感器（206）、温度传感器（207）。
7.根据权利要求6所述的一种利用环控制冷系统降低油箱可燃性的装置，其特征在于，所述的装置通过控制器（301）控制，具体的，所述的控制器（301）分别控制压力传感器（205）、蒸气浓度传感器（206）、温度传感器（207）、截止阀（2）、三通阀（203）；所述的压力传感器（205）、蒸气浓度传感器（206）、温度传感器（207）通过电缆与控制器（301）信号输入端连接；所述的截止阀（2）、三通阀（203）通过电缆与控制器（301）信号输出端连接。
8.根据权利要求1~7任一所述的一种利用环控制冷系统降低油箱可燃性的装置的工作方法，其特征在于，所述的方法为：
发动机引气经过空气过滤器（1）过滤除杂后流过截止阀（2）后进入第一换热器（3）热通道被冷却，然后进入空气压缩机（201）被压缩，升压后依次进入第二换热器（4）热通道、回热器（5）热通道和冷凝器（6）热通道被冷却，进入水分离器（7）后分离出液态水，液态水和冲压空气一起喷洒在第二换热器（4）上以提高换热效率；水分离器（7）流出的空气经过回热器（5）冷侧通道进入涡轮膨胀机（202），经过膨胀降温降压后进入三通阀（203）入口；
一部分冷空气经过三通阀（203）其一气体出口流入冷凝器（6）冷侧通道后进入座舱（101）进行座舱温度调节；另一部分冷空气经过三通阀（203）其二气体出口流入油箱（204）气相空间，降低其气相空间气体混合物温度，使气体混合物中燃油蒸气冷凝为液体，降低油箱气相空间气体混合物中的燃油蒸气浓度，并使之低于可燃所需的最小燃油蒸气浓度，所产生的废气最后排入外界环境；
控制器（301）利用压力传感器（5）、蒸气浓度传感器（206）和温度传感器（207）采集油箱（204）气相空间的压力、蒸气浓度和温度值，调节截止阀和三通阀开度，从而调节进入油箱冷却气体量，使油箱气相空间燃油蒸气浓度在控制范围内。
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| CN111086645B (zh) | 2021-04-06 |
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Legal Events
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