CN111153389B - 气体冲洗与膜分离技术结合的机载制氮系统及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型气体冲洗与膜分离技术结合的机载制氮惰化系统，属于航空系统技术领域，通过对中空纤维膜装置中分离出的高压氮气部分提取，在涡轮机内部膨胀后，经过换热器对通入油箱的富氮气体进行冷却；低温富氮气体进入燃油箱后，降低氧浓度的同时冷凝燃油蒸汽，增强惰化效果。接着，从换热器流出的富氮气体通入中空纤维膜装置中冲洗膜丝，由于富氮气体和空气的冲入，膜丝外的氧分压不断降低，导致膜丝内外压差增大，加速膜丝内氧氮分离。同时，涡轮机带动风扇，加速膜丝外冲洗气流流速，产生负压环境。本系统提高了氧氮分离效率，保证了氮气的低温高浓度连续输出，具有装置简单，操作方便，能源利用率高，分离速度快等优点。

Description

气体冲洗与膜分离技术结合的机载制氮系统及工作方法

技术领域

本发明属于航空系统技术领域，涉及一种机载制氮系统，特别涉及一种新型气体冲洗与膜分离技术结合的机载制氮系统及其工作方法。

背景技术

飞机燃油箱起火或爆炸是引起飞机失事的主要原因之一。因此，对于现代飞机，必须采用有效措施，使得飞机燃油箱始终处于安全状态，即提高燃油系统的防火防爆能力。机载制氮技术具有气量源源不断，气流稳定的特点，能有效防止燃油箱发生燃烧和爆炸。

目前，基于膜分离技术的机载制氮装置在飞机油箱惰化系统中得到广泛应用，机载制氮装置通过从大气环境或发动机中引气，并利用现代膜分离技术对引气进行分离，来制取高浓度富氮气体。然而，系统的利用率不高，引气入口的压力需求也比较大。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，设计了一种新型中空纤维膜装置及其气体回流装置，通入空气和回流的富氮气体混合冲洗膜丝，有效增大了膜丝内外氧气分压压差，增加了氧气渗透速率，更快地将膜丝内气体中的氧氮分离。该装置简单，操作方便，能源利用率高，分离速度快。

本发明是这样实现的：

一种气体冲洗与膜分离技术结合的机载制氮系统，该系统包括新型中空纤维膜装置，所述的新型中空纤维膜装置入口连接气体压缩机；所述的新型中空纤维膜装置包括第一封头、第二封头，以及所述的第一封头、第二封头之间设置的中柱；所述的第一封头进口端设置第一引气入口，所述的第二封头出口端设置第二引气出口；

所述的中柱上分别设置有第一引气出口、第二引气入口、第三引气入，所述的第二引气入口接入环境气体；所述的中柱的左右端面分别设置有第一膜丝固定板、第二膜丝固定板，具体的，所述的第一膜丝固定板的外柱面与中柱的内柱面固连，固连处第一膜丝固定板的左端面与中柱的左端面处于同一竖直平面上；所述的第二膜丝固定板的外柱面与中柱的内柱面固连，固连处第二膜丝固定板的右端面与中柱的右端面处于同一竖直平面上；

所述的中柱的内柱面中填充有膜丝；所述的膜丝左右两端分别由第一膜丝固定板和第二膜丝固定板固连，所述的膜丝的外柱面与第一膜丝固定板、第二膜丝固定板上膜丝孔的内柱面固连，固连处膜丝的左端面与第一膜丝固定板的左端面处于同一竖直平面上，膜丝的右端面与第二膜丝固定板的右端面处于同一竖直平面上；所述的新型中空纤维膜装置通过在第一引气出口、第三引气入口之间设置有涡轮风扇装置，形成气体回流装置。

进一步，所述的第一引气出口到第三引气入口之间依次设置有第一流量传感器、涡轮风扇装置、第二压力传感器、第一温度传感器、换热器、第三流量传感器、断流止回阀，形成气体回流装置，气体从第三引气入口回流通入中柱，冲洗膜丝；具体的，所述的第二压力传感器的出口和第一温度传感器的入口管道相连；第一温度传感器的出口和换热器的冷流入口管道相连；换热器的冷流出口和第三流量传感器的入口管道相连。所述第一流量传感器的探头设置在第一流量传感器装置内，用于感应所述新型中空纤维膜装置中的第一引气出口排出气体的流量；所述第一压力传感器的探头设置在第一压力传感器装置内，用于感应所述电动控制阀出口排出气体的压力；所述第二压力传感器的探头设置在第二压力传感器装置内，用于感应涡轮风扇装置中的涡轮机气体出口排出气体的压力；所述第一温度传感器设置在第一温度传感器装置内，用于感应涡轮风扇装置中的涡轮机气体出口排出气体的温度；所述第三压力传感器的探头设置在第三压力传感器装置内，用于感应流向换热器热流入口处气体的压力；所述第二温度传感器设置在第二温度传感器装置内，用于感应流向换热器热流入口处气体的温度；所述第三温度传感器设置在第三温度传感器装置内，用于感应从换热器热流出口处流出气体的温度；第二流量传感器设置在第二流量传感器装置内，用于感应从换热器热流出口处流出气体的流量；第三流量传感器设置在第三流量传感器装置内，用于感应从换热器冷流出口处流出气体的流量。

进一步，所述的涡轮风扇装置包含风扇出口、风扇、风扇入口，风扇通过传动轴连接于涡轮机；所述涡轮风扇装置中的涡轮机包含气体入口和气体出口；所述涡轮风扇装置中，涡轮机运转时，将通过传动轴带动风扇转动，将气体从风扇入口抽送至风扇出口；所述的第一流量传感器连接于风扇入口；所述的风扇出口将冲洗气体排出；所述的涡轮机的气体出口连接于第二压力传感器的入口。

进一步，所述的新型中空纤维膜装置的第二引气出口设置两个出口支路，分别与电动控制阀、第三压力传感器的入口连接；所述的电动控制阀依次连接于第一压力传感器、涡轮风扇装置；具体的，所述的电动控制阀的出口和第一压力传感器的入口管道相连；第一压力传感器的出口和涡轮风扇装置中的涡轮机的气体入口管道相连。

进一步，所述的第三压力传感器依次连接于第二温度传感器、换热器、第三温度传感器、第二流量传感器、燃油箱；具体的，所述的第三压力传感器的出口和第二温度传感器的入口管道相连；第二温度传感器的出口和换热器的热流入口管道相连；换热器的热流出口和第三温度传感器的入口管道相连；第三温度传感器的出口和第二流量传感器的入口管道相连；第二流量传感器的出口和燃油箱的气体入口管道相连。

本发明还公开了一种气体冲洗与膜分离技术结合的机载制氮系统的工作方法，其特征在于，所述的方法为：

1）气体分离过程：气体在气体压缩机的抽吸作用下进入新型中空纤维膜装置；通过新型中空纤维膜装置分离出氧气以及富氮惰性气体；本发明气体压缩机气体入口接入的气体可以为发动机引气、环控系统、冲压空气、座舱空气、外界环境空气等。

2）供氧过程：引气经过气体压缩机压缩成高压气体，通入新型中空纤维膜装置的第一引气入口；经新型中空纤维膜装置分离之后，高压富氮气体从第二引气出口流出；

电动控制阀启动，一部分高压富氮气体流经第一压力传感器流到涡轮风扇装置的涡轮机中膨胀冷却，同时通过传动轴带动风扇转动；

接着，冷却的富氮气体流经第二压力传感器和第一温度传感器之后，从冷流入口流入换热器，同高温高压富氮气体换热；

然后，从换热器冷流出口流出的富氮气体在流经第三流量传感器和断流止回阀之后，经新型中空纤维膜装置的第三引气入口回流至新型中空纤维膜装置中由第一膜丝固定板、膜丝和第二膜丝固定板所围成的空间内；同时，因风扇转动，第一膜丝固定板、膜丝和第二膜丝固定板所围成的空间内产生负压，空气和回流的富氮气体分别从新型中空纤维膜装置的第二引气入口和第三引气入口流入，冲洗膜丝；

在电动控制阀开启的同时，另一部分高压富氮气体经第三压力传感器和第二温度传感器从换热器的热流入口流入，同低温低压富氮气体换热之后，变为低温度的高压富氮气体，经第三温度传感器和第二流量传感器流入并惰化燃油箱；

3）数据采集及控制过程：第一压力传感器、第三压力传感器通过探杆分别探测到新型中空纤维膜装置中的第二引气出口流出的富氮气体分流到电动控制阀的出口和换热器热流入口处的压力并将信号传输到自动控制器；电动控制阀根据传回的信息自动调节气体压缩机的功率和电动控制阀的大小；

第一流量传感器、第二压力传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第二流量传感器、第三流量传感器探测气体参数并将信号传输到自动控制器用于系统分析。

本发明的新型中空纤维膜装置的工作为分离出氧气以及富氮惰性气体，具体方法为：

1）首先，引气从第一封头的第一引气入口流到第一封头的内部，在由第一封头和第一膜丝固定板所围成的空间内聚集；再从第一膜丝固定板左侧的膜丝的左端口流进膜丝内部；

2）然后，由于膜丝内外氧气分压不同，存在分压差，膜丝内气体中的氧气不断向膜丝外渗透；此时，冲洗空气和冲洗氮气分别从第二引气入口和第三引气入口流入，膜丝渗透出来的氧气迅速被冲洗气体带走，从第一引气出口流出；

3）然后，膜丝内部气体继续向前流动，随着冲洗气体不断流动，膜丝内外氧气分压压差可以维持在较大值，氧气通过膜丝不断高速渗出，膜丝中的氮气不断向膜丝的右端口附近聚集，流至第二膜丝固定板右部和第二封头之间的空间富集；最后，富氮惰性气体从第二封头的第二引气出口流出。

本发明的有益效果如下：

本发明公开了的新型气体冲洗与膜分离技术结合的机载制氮系统，通过设计新型中空纤维膜装置及制氮系统，通入空气和回流的富氮气体混合冲洗膜丝，相对于空气冲洗而言，更加有效地增大了膜丝内外氧气分压压差，增加了氧气渗透速率，更快地将膜丝内气体中的氧氮分离。而且冷却的富氮气体通入燃油箱之后，降低氧浓度的同时冷凝燃油蒸汽，增强了惰化效果，本发明的系统具有装置简单，操作方便，能源利用率高，分离速度快等优点。

本发明的系统通过对中空纤维膜装置中分离出的高压氮气部分提取，在涡轮机内部膨胀之后，经过换热器对通入油箱的富氮气体进行冷却；低温富氮气体进入燃油箱后，降低氧浓度的同时冷凝燃油蒸汽，增强惰化效果。接着，从换热器流出的富氮气体通入中空纤维膜装置中冲洗中空纤维膜膜丝，由于富氮气体和空气的冲入，膜丝外的氧分压不断降低，导致膜丝内外压差增大，加速膜丝内氧氮分离。同时，涡轮机带动风扇，加速膜丝外冲洗气流流速，产生负压环境。本系统提高了氧氮分离效率，保证了氮气的低温高浓度连续输出。

附图说明

图1为本发明一种新型气体冲洗与膜分离技术结合的机载制氮系统的示意图；

图2为本发明一种新型气体冲洗与膜分离技术结合的机载制氮系统中的新型中空纤维膜装置示意图；

图3为本发明一种新型气体冲洗与膜分离技术结合的机载制氮系统中的涡轮风扇装置示意图；

图中，1-气体压缩机、2-新型中空纤维膜装置、3-涡轮风扇装置、4-第一流量传感器、5-第一压力传感器、6-第二压力传感器、7-电动控制阀、8-第一温度传感器、9-第三压力传感器、10-第二温度传感器、11-换热器、12-第三温度传感器、13-第二流量传感器、14-燃油箱、15-断流止回阀、16-第三流量传感器；201-第一引气入口、202-第一封头、203-第一膜丝固定板、204-膜丝、205-第一引气出口、206-第二膜丝固定板、207-第二引气入口、208-中柱、209-第三引气入口、210-第二封头和211-第二引气出口；301-风扇出口、302-风扇、303-风扇入口、304-传动轴和305-涡轮机。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述。以下所述仅为本发明一部分实施例，非全部实施例。基于本发明实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明公开了一种基于膜分离技术的新型高纯度机载制氧-制氮系统，其特征在于，包含气体压缩机1、新型中空纤维膜装置2、涡轮风扇装置3、第一流量传感器4、第一压力传感器5、第二压力传感器6、电动控制阀7、第一温度传感器8、第三压力传感器9、第二温度传感器10、换热器11、第三温度传感器12、第二流量传感器13、燃油箱14、断流止回阀15和第三流量传感器16；

如图2所示，为本发明的系统中的新型中空纤维膜装置2，包括第一引气入口201、第一封头202、第一膜丝固定板203、膜丝204、第一引气出口205、第二膜丝固定板206、第二引气入口207、中柱208、第三引气入口209、第二封头210和第二引气出口211；新型中空纤维膜装置2中，第一封头202包含第一引气入口201，中柱208包含第一引气出口205、第二引气入口207和第三引气入口209，第二封头210包含第二引气出口211；第一膜丝固定板203的外柱面与中柱208的内柱面固连，固连处第一膜丝固定板203的左端面与中柱208的左端面处于同一竖直平面上；第二膜丝固定板206的外柱面与中柱208的内柱面固连，固连处第二膜丝固定板206的右端面与中柱208的右端面处于同一竖直平面上；膜丝204填充在中柱208的内柱面中，且膜丝204左右两端分别由第一膜丝固定板203和第二膜丝固定板206固连；膜丝204的外柱面与第一膜丝固定板203、第二膜丝固定板206上膜丝孔的内柱面固连，固连处膜丝204的左端面与第一膜丝固定板203的左端面处于同一竖直平面上，膜丝204的右端面与第二膜丝固定板206的右端面处于同一竖直平面上；第一封头202的右端面与中柱208的左端面固连；第二封头210的左端面与中柱208的右端面固连。

如图3所示，为本发明的涡轮风扇装置3，包含风扇出口301、风扇302、风扇入口303、传动轴304和涡轮机305；所述涡轮风扇装置3中的涡轮机305包含气体入口和气体出口；所述涡轮风扇装置3中，涡轮机305运转时，将通过传动轴304带动风扇302转动，将气体从风扇入口303抽送至风扇出口301；

如题1所示，本发明的气体压缩机1包含气体入口和气体出口；所述电动调节阀7包含气体入口和气体出口；所述换热器11包含热流入口、热流出口、冷流入口和冷流出口；所述燃油箱14包含气体入口；所述断流止回阀15包含气体入口和气体出口；气体压缩机1的入口接需要进行氧、氮分离的气体，气体压缩机1的出口同新型中空纤维膜装置2中的第一引气入口201用管道连接；

第一流量传感器4的入口和所述新型中空纤维膜装置2的第一引气出口205用管道连接；所述第一流量传感器4的出口和涡轮风扇装置3上的风扇入口303用管道连接；所述涡轮风扇装置3上的风扇出口301通过管道将冲洗气体排出；新型中空纤维膜装置2中的第二引气出口211和电动控制阀7、第三压力传感器9的入口用管道连接；

第三压力传感器9的出口和第二温度传感器10的入口管道相连；所述第二温度传感器10的出口和换热器11的热流入口管道相连；所述换热器11的热流出口和第三温度传感器12的入口管道相连；所述第三温度传感器12的出口和第二流量传感器13的入口管道相连；所述第二流量传感器13的出口和燃油箱14的气体入口管道相连；

电动控制阀7的出口和第一压力传感器5的入口管道相连；所述第一压力传感器5的出口和涡轮风扇装置3中的涡轮机305的气体入口管道相连；所述涡轮风扇装置3中的涡轮机305的气体出口和第二压力传感器6的入口管道相连；所述第二压力传感器6的出口和第一温度传感器8的入口管道相连；所述第一温度传感器8的出口和换热器11的冷流入口管道相连；所述换热器11的冷流出口和第三流量传感器16的入口管道相连；所述第三流量传感器16的出口和断流止回阀15的入口管道相连；所述断流止回阀15的出口和新型中空纤维膜装置2中的第三引气入口209管道相连；

新型中空纤维膜装置2中的第二引气入口207通过管道接入环境气体；

第一流量传感器4的探头设置在第一流量传感器4装置内，用于感应所述新型中空纤维膜装置2中的第一引气出口205排出气体的流量；所述第一压力传感器5的探头设置在第一压力传感器5装置内，用于感应所述电动控制阀7出口排出气体的压力；所述第二压力传感器6的探头设置在第二压力传感器6装置内，用于感应涡轮风扇装置3中的涡轮机305气体出口排出气体的压力；所述第一温度传感器8设置在第一温度传感器8装置内，用于感应涡轮风扇装置3中的涡轮机305气体出口排出气体的温度；所述第三压力传感器9的探头设置在第三压力传感器9装置内，用于感应流向换热器11热流入口处气体的压力；所述第二温度传感器10设置在第二温度传感器10装置内，用于感应流向换热器11热流入口处气体的温度；所述第三温度传感器12设置在第三温度传感器12装置内，用于感应从换热器11热流出口处流出气体的温度；第二流量传感器13设置在第二流量传感器13装置内，用于感应从换热器11热流出口处流出气体的流量；第三流量传感器16设置在第三流量传感器16装置内，用于感应从换热器11冷流出口处流出气体的流量。

本发明气体压缩机1的入口接入的气体可以为发动机引气、环控系统、冲压空气、座舱空气、外界环境空气等的任意一种。

本发明一种基于膜分离技术的新型高纯度机载制氧-制氮系统工作过程如下：

1）气体分离过程：气体可以为发动机引气、环控系统、冲压空气、座舱空气、外界环境空气；所述气体在气体压缩机1的抽吸作用下进入新型中空纤维膜装置2；

所述新型中空纤维膜装置2，如图2所示，工作流程为，首先，引气从第一封头202的第一引气入口201流到第一封头202的内部，在由第一封头202和第一膜丝固定板203所围成的空间内聚集；再从第一膜丝固定板203左侧的膜丝204的左端口流进膜丝204内部；

然后，由于膜丝204内外氧气分压不同，存在分压差，膜丝204内气体中的氧气不断向膜丝204外渗透；

此时，冲洗空气和冲洗氮气分别从第二引气入口207和第三引气入口209流入，膜丝204渗透出来的氧气迅速被冲洗气体带走，从第一引气出口205流出。

然后，膜丝204内部气体继续向前流动，随着冲洗气体不断流动，膜丝内外氧气分压压差可以维持在较大值，氧气通过膜丝204不断高速渗出，膜丝204中的氮气不断向膜丝204的右端口附近聚集，流至第二膜丝固定板206右部和第二封头210之间的空间富集；

最后，富氮惰性气体从第二封头210的第二引气出口211流出。

2）供氧过程：如图1所示，所述一种新型气体冲洗与膜分离技术结合的机载制氮系统，工作流程为，引气经过空气压缩机1压缩成高压气体，通入新型中空纤维膜装置2的第一引气入口201；

经新型中空纤维膜装置2分离之后，高压富氮气体从第二引气出口211流出。

此时，在自动控制器的控制下，打开电动控制阀7，一部分高压富氮气体流经第一压力传感器5流到涡轮风扇装置3的涡轮机305中膨胀冷却，同时通过传动轴304带动风扇302转动；

接着，冷却的富氮气体流经第二压力传感器6和第一温度传感器8之后，从冷流入口流入换热器11，同高温高压富氮气体换热；

然后，从换热器11冷流出口流出的富氮气体在流经第三流量传感器16和断流止回阀15之后，经新型中空纤维膜装置2的第三引气入口209回流至新型中空纤维膜装置2中由第一膜丝固定板203、膜丝204和第二膜丝固定板206所围成的空间内；

同时，因风扇302转动，第一膜丝固定板203、膜丝204和第二膜丝固定板206所围成的空间内产生负压，空气和回流的富氮气体分别从新型中空纤维膜装置2的第二引气入口207和第三引气入口209流入，冲洗膜丝；

在自动控制器打开电动控制阀7的同时，另一部分高压富氮气体经第三压力传感器9和第二温度传感器10从换热器11的热流入口流入，同低温低压富氮气体换热之后，变为较低温度的高压富氮气体，经第三温度传感器12和第二流量传感器13流入并惰化燃油箱14。

3）数据采集及控制过程：

所述第一压力传感器5、第三压力传感器9通过探杆分别探测所述新型中空纤维膜装置2中的第二引气出口211流出的富氮气体分流到电动控制阀7的出口和换热器11热流入口处的压力并将信号传输到自动控制器；电动控制阀根据传回的信息自动调节气体压缩机1的功率和电动控制阀7的大小；

所述第一流量传感器4、第二压力传感器6、第一温度传感器8、第二温度传感器10、第三温度传感器12、第二流量传感器13、第三流量传感器16探测气体参数并将信号传输到所述自动控制器用于系统分析。

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 (7)

1.一种气体冲洗与膜分离技术结合的机载制氮系统，其特征在于，所述的系统包括中空纤维膜装置（2），所述的中空纤维膜装置（2）入口连接气体压缩机（1）；所述的中空纤维膜装置（2）包括第一封头（202）、第二封头（210），以及所述的第一封头（202）、第二封头（210）之间设置的中柱（208）；所述的第一封头（202）进口端设置第一引气入口（201），所述的第二封头（210）出口端设置第二引气出口（211）；

所述的中柱（208）上分别设置有第一引气出口（205）、第二引气入口（207）、第三引气入口（209），所述的第二引气入口（207）接入环境气体；所述的中柱（208）的左右端面分别设置有第一膜丝固定板（203）、第二膜丝固定板（206），具体的，所述的第一膜丝固定板（203）的外柱面与中柱（208）的内柱面固连，固连处第一膜丝固定板（203）的左端面与中柱（208）的左端面处于同一竖直平面上；所述的第二膜丝固定板（206）的外柱面与中柱（208）的内柱面固连，固连处第二膜丝固定板（206）的右端面与中柱（208）的右端面处于同一竖直平面上；

所述的中柱（208）的内柱面中填充有膜丝（204）；所述的膜丝（204）左右两端分别由第一膜丝固定板（203）和第二膜丝固定板（206）固连，所述的膜丝（204）的外柱面与第一膜丝固定板（203）、第二膜丝固定板（206）上膜丝孔的内柱面固连，固连处膜丝（204）的左端面与第一膜丝固定板（203）的左端面处于同一竖直平面上，膜丝（204）的右端面与第二膜丝固定板（206）的右端面处于同一竖直平面上；所述的中空纤维膜装置（2）通过在第一引气出口（205）、第三引气入口（209）之间设置有涡轮风扇装置（3），形成气体回流装置。

2.根据权利要求1所述的一种气体冲洗与膜分离技术结合的机载制氮系统，其特征在于，所述的第一引气出口（205）到第三引气入口（209）之间依次设置有第一流量传感器（4）、涡轮风扇装置（3）、第二压力传感器（6）、第一温度传感器（8）、换热器（11）、第三流量传感器（16）、断流止回阀（15），形成气体回流装置，气体从第三引气入口（209）回流通入中柱（208），冲洗膜丝（204）；具体的，所述的第二压力传感器（6）的出口和第一温度传感器（8）的入口管道相连；第一温度传感器（8）的出口和换热器（11）的冷流入口管道相连；换热器（11）的冷流出口和第三流量传感器（16）的入口管道相连。

3.根据权利要求2所述的一种气体冲洗与膜分离技术结合的机载制氮系统，其特征在于，所述的涡轮风扇装置（3）包含风扇出口（301）、风扇（302）、风扇入口（303），风扇（302）通过传动轴（304）连接于涡轮机（305）；所述涡轮风扇装置（3）中的涡轮机（305）包含气体入口和气体出口；所述涡轮风扇装置（3）中，涡轮机（305）运转时，将通过传动轴（304）带动风扇（302）转动，将气体从风扇入口（303）抽送至风扇出口（301）；所述的第一流量传感器（4）连接于风扇入口（303）；所述的风扇出口（301）将冲洗气体排出；所述的涡轮机（305）的气体出口连接于第二压力传感器（6）的入口。

4.根据权利要求1所述的一种气体冲洗与膜分离技术结合的机载制氮系统，其特征在于，所述的中空纤维膜装置（2）的第二引气出口（211）设置两个出口支路，分别与电动控制阀（7）、第三压力传感器（9）的入口连接；所述的电动控制阀（7）依次连接于第一压力传感器（5）、涡轮风扇装置（3）；具体的，所述的电动控制阀（7）的出口和第一压力传感器（5）的入口管道相连；第一压力传感器（5）的出口和涡轮风扇装置（3）中的涡轮机（305）的气体入口管道相连。

5.根据权利要求4所述的一种气体冲洗与膜分离技术结合的机载制氮系统，其特征在于，所述的第三压力传感器（9）依次连接于第二温度传感器（10）、换热器（11）、第三温度传感器（12）、第二流量传感器（13）、燃油箱（14）；具体的，所述的第三压力传感器（9）的出口和第二温度传感器（10）的入口管道相连；第二温度传感器（10）的出口和换热器（11）的热流入口管道相连；换热器（11）的热流出口和第三温度传感器（12）的入口管道相连；第三温度传感器（12）的出口和第二流量传感器（13）的入口管道相连；第二流量传感器（13）的出口和燃油箱（14）的气体入口管道相连。

6.根据权利要求1~5任一所述的一种气体冲洗与膜分离技术结合的机载制氮系统的工作方法，其特征在于，所述的方法为：

1）气体分离过程：气体在气体压缩机（1）的抽吸作用下进入中空纤维膜装置（2）；通过中空纤维膜装置（2）分离出氧气以及富氮惰性气体；

2）供氧过程：引气经过气体压缩机（1）压缩成高压气体，通入中空纤维膜装置（2）的第一引气入口（201）；经中空纤维膜装置（2）分离之后，高压富氮气体从第二引气出口（211）流出；

电动控制阀（7）启动，一部分高压富氮气体流经第一压力传感器（5）流到涡轮风扇装置（3）的涡轮机（305）中膨胀冷却，同时通过传动轴（304）带动风扇（302）转动；

接着，冷却的富氮气体流经第二压力传感器（6）和第一温度传感器（8）之后，从冷流入口流入换热器（11），同高温高压富氮气体换热；

然后，从换热器（11）冷流出口流出的富氮气体在流经第三流量传感器（16）和断流止回阀（15）之后，经中空纤维膜装置（2）的第三引气入口（209）回流至中空纤维膜装置（2）中由第一膜丝固定板（203）、膜丝（204）和第二膜丝固定板（206）所围成的空间内；同时，因风扇（302）转动，第一膜丝固定板（203）、膜丝（204）和第二膜丝固定板（206）所围成的空间内产生负压，空气和回流的富氮气体分别从中空纤维膜装置（2）的第二引气入口（207）和第三引气入口（209）流入，冲洗膜丝；

在电动控制阀（7）开启的同时，另一部分高压富氮气体经第三压力传感器（9）和第二温度传感器（10）从换热器（11）的热流入口流入，同低温低压富氮气体换热之后，变为低温度的高压富氮气体，经第三温度传感器（12）和第二流量传感器（13）流入并惰化燃油箱（14）；

3）数据采集及控制过程：第一压力传感器（5）、第三压力传感器（9）通过探杆分别探测到中空纤维膜装置（2）中的第二引气出口（211）流出的富氮气体分流到电动控制阀（7）的出口和换热器（11）热流入口处的压力并将信号传输到自动控制器；电动控制阀根据传回的信息自动调节气体压缩机（1）的功率和电动控制阀（7）的大小；

第一流量传感器（4）、第二压力传感器（6）、第一温度传感器（8）、第二温度传感器（10）、第三温度传感器（12）、第二流量传感器（13）、第三流量传感器（16）探测气体参数用于系统分析。

7.根据权利要求6所述的一种气体冲洗与膜分离技术结合的机载制氮系统的工作方法，其特征在于，所述的中空纤维膜装置（2）的工作为分离出氧气以及富氮惰性气体，具体方法为：

1）首先，引气从第一封头（202）的第一引气入口（201）流到第一封头（202）的内部，在由第一封头（202）和第一膜丝固定板（203）所围成的空间内聚集；再从第一膜丝固定板（203）左侧的膜丝（204）的左端口流进膜丝（204）内部；

2）然后，由于膜丝（204）内外氧气分压不同，存在分压差，膜丝（204）内气体中的氧气不断向膜丝（204）外渗透；此时，冲洗空气和冲洗氮气分别从第二引气入口（207）和第三引气入口（209）流入，膜丝（204）渗透出来的氧气迅速被冲洗气体带走，从第一引气出口（205）流出；

3）然后，膜丝（204）内部气体继续向前流动，随着冲洗气体不断流动，膜丝内外产生氧气分压压差，氧气通过膜丝（204）不断高速渗出，膜丝（204）中的氮气不断向膜丝（204）的右端口附近聚集，流至第二膜丝固定板（206）右部和第二封头（210）之间的空间富集；最后，富氮惰性气体从第二封头（210）的第二引气出口（211）流出。

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