CN111807326A - 一种提高机载分子筛制氧效率的系统与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高机载分子筛制氧效率的系统与方法，利用涡轮对分子筛入口混合气体增压，增加了分子筛进出口压差，从而提高机载分子筛的制氧效率。本发明采用以上技术方案与现有技术相比，弥补了机载分子筛制氧技术研究中仍存在的问题，在一定程度上提高了机载分子筛的制氧效率，而且方便可行、便于实现。
Description
技术领域
本发明涉及航空系统技术领域，尤其涉及一种提高机载分子筛制氧效率的系统与方法。
背景技术
20世纪70年代开始，机载分子筛就被用于为军用飞机飞行人员提供氧气，保证飞行人员高空作业时的安全。机载分子筛系统摆脱了后勤支持，消除了使用气氧和液氧的安全隐患，在安全性、经济性上占据绝对的优势，逐渐成为军用飞机氧源的必然选择。
所谓分子筛机载制氧技术是指基于变压吸附原理，通过循环改变分子筛吸附和解吸附压力，使气体在高压下吸附，低压下解吸附再生而形成周期性操作，实现氧气和氮气分离。其中，机载分子筛制氧效率直接影响着机载制氧系统的运行成本，就运行参数而言，提高该装置效率的有效途径为提高分子筛入口压力。
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，提供一种提高机载分子筛制氧效率的系统与方法。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种提高机载分子筛制氧效率的系统，包含过滤器、压缩机、第一电动调节阀、第一换热器、第二换热器、水分离器、过滤器、油雾分离器、涡轮、三床型分子筛、第三换热器、第二电动调节阀、氧浓度传感器、储氧罐、压力传感器、第三电动调节阀、第四电动调节阀、第四换热器、温度传感器、火焰抑制器、第五电动调节阀、油箱、自动控制器和风扇；
所述第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器均包含热侧通道和冷侧通道；所述三床型分子筛包含混合气体入口、富氧气体出口和富氮气体出口，用于将从混合气体入口进入的混合气体分离为富氧气体、富氮气体后分别经富氧气体出口、富氮气体出口输出；
所述压缩机一端通过过滤器和发动机引气管道相连，压缩机的另一端、第一电动调节阀、第一换热器的热侧通道、第二换热器的热侧通道、水分离器的入口通过管道依次相连；
所述第一换热器冷侧通道的入口接外界空气、第一换热器冷侧通道的出口和第二换热器冷侧通道的入口通过管道相连；所述第二换热器冷侧通道的出口和外界空气管道相连；所述风扇设置在第二换热器冷侧通道和外界空气相连的管道中，用于将外部空气抽入第一换热器冷侧通道后经第二换热器冷侧通道排出；
所述水分离器的空气出口和过滤器的入口通过管道相连，水分离器的液态水出口将液态水排至机外；
所述过滤器的出口、油雾分离器、涡轮、三床型分子筛的混合气体入口通过管道依次相连；
所述三床型分子筛的富氧气体出口依次通过第三换热器的热侧通道、氧浓度传感器和储氧罐管道相连，富氮气体出口依次通过压力传感器、第三电动调节阀、第四换热器的热侧通道、温度传感器、火焰抑制器、第五电动调节阀和油箱管道相连；
所述第三换热器冷侧通道的入口通过第二电动调节阀和外界空气管道相连，冷侧通道的出口接外界空气；所述第四换热器冷侧通道的入口通过第四电动调节阀和外界空气管道相连，冷侧通道的出口接外界空气；
所述自动控制器的输入端分别和氧浓度传感器、压力传感器、温度传感器电气相连，输出端分别和第一电动调节阀、第二电动调节阀、第三电动调节阀、第四电动调节阀、风扇、压缩机电气相连，用于根据氧浓度传感器、压力传感器、温度传感器的感应数据控制第一电动调节阀、第二电动调节阀、第三电动调节阀、第四电动调节阀、风扇、压缩机工作。
本发明还公开了一种该提高机载分子筛制氧效率的系统的引气分离及惰化发热方法，具体步骤如下：
发动机引气通过管道及过滤器进入压缩机增压升温；由压缩机供给的高温高压气体经过第一电动调节阀进入第一换热器预冷后，再经过第二换热器冷却；第一换热器和第二换热器冷源由风扇抽吸冲压空气提供；
经第二换热器冷却后的混合气体经过水分离器、过滤器、油雾分离器除去水汽杂质后通入涡轮增压，随后进入三床型分子筛；
三床型分子筛将混合气体分离为富氧气体和富氮气体，其中，产生的富氧气体通过第三换热器、氧浓度传感器排入储氧罐，供机组人员使用，产生的富氧气体排出大气。
本发明还公开了一种该提高机载分子筛制氧效率的系统的数据采集及控制方法，具体步骤如下：
氧浓度传感器通过探杆探测所述经第三换热器冷却后的富氧气体氧浓度并将信号传输到所述自动控制器；当氧浓度大于预设的氧浓度阈值时，所述自动控制器输出控制信号连通所述压缩机、第一电动调节阀，系统开始工作；当氧浓度小于预设的氧浓度阈值时，系统停止工作；
温度传感器测得第四换热器热测通道出口气体温度，并将信号传输到所述自动控制器；当温度大于预设的温度阈值时，所述自动控制器输出控制信号开启第四电动调节阀，增大进入第四换热器的冲压空气，将富氮气体温度进一步降低，同时关闭所述第五电动调节阀，以防止高温气体进入油箱，保证油箱安全；
压力传感器测得氮气压力，并将信号传输到所述自动控制器；当压力大于预设的压力阈值时，调节第三电动调节阀增大第四换热器的入口流量，将氮气压力进一步降低。
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：
本发明利用涡轮对分子筛入口混合气体增压，增加了分子筛进出口压差，从而提高机载分子筛的制氧效率。本发明采用以上技术方案与现有技术相比，弥补了机载分子筛制氧技术研究中仍存在的问题，在一定程度上提高了机载分子筛的制氧效率，方便可行，便于实现。
附图说明
图1是本发明的模块示意图。
图中，1-过滤器，2-压缩机，3-第一电动调节阀，4-第一换热器，5-第二换热器，6-水分离器，7-过滤器，8-油雾分离器，9-涡轮、10-三床型分子筛，11-第三换热器，12-第二电动调节阀，13-氧浓度传感器，14-储氧罐，15-压力传感器，16-第三电动调节阀，17-第四电动调节阀，18-第四换热器，19-温度传感器，20-火焰抑制器，21-第五电动调节阀，22-油箱，23-自动控制器，24-风扇。
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，本发明公开了一种提高机载分子筛制氧效率的系统，包含过滤器1、压缩机2、第一电动调节阀3、第一换热器4、第二换热器5、水分离器6、过滤器7、油雾分离器8、涡轮9、三床型分子筛10、第三换热器11、第二电动调节阀12、氧浓度传感器13、储氧罐14、压力传感器15、第三电动调节阀16、第四电动调节阀17、第四换热器18、温度传感器19、火焰抑制器20、第五电动调节阀21、油箱22、自动控制器23和风扇24；
所述第一换热器4、第二换热器5、第三换热器11、第四换热器18均包含热侧通道和冷侧通道；所述三床型分子筛10包含混合气体入口、富氧气体出口和富氮气体出口，用于将从混合气体入口进入的混合气体分离为富氧气体、富氮气体后分别经富氧气体出口、富氮气体出口输出；
所述压缩机2一端通过过滤器1和发动机引气管道相连，压缩机2的另一端、第一电动调节阀3、第一换热器4的热侧通道、第二换热器5的热侧通道、水分离器6的入口通过管道依次相连；
所述第一换热器4冷侧通道的入口接外界空气、第一换热器4冷侧通道的出口和第二换热器5冷侧通道的入口通过管道相连；所述第二换热器5冷侧通道的出口和外界空气管道相连；所述风扇24设置在第二换热器5冷侧通道和外界空气相连的管道中，用于将外部空气抽入第一换热器4冷侧通道后经第二换热器5冷侧通道排出；
所述水分离器6的空气出口和过滤器7的入口通过管道相连，水分离器6的液态水出口将液态水排至机外；
所述过滤器7的出口、油雾分离器8、涡轮9、三床型分子筛10的混合气体入口通过管道依次相连；
所述三床型分子筛10的富氧气体出口依次通过第三换热器11的热侧通道、氧浓度传感器13和储氧罐14管道相连，富氮气体出口依次通过压力传感器15、第三电动调节阀16、第四换热器18的热侧通道、温度传感器19、火焰抑制器20、第五电动调节阀21和油箱22管道相连；
所述第三换热器11冷侧通道的入口通过第二电动调节阀12和外界空气管道相连，冷侧通道的出口接外界空气；所述第四换热器18冷侧通道的入口通过第四电动调节阀17和外界空气管道相连，冷侧通道的出口接外界空气；
所述自动控制器23的输入端分别和氧浓度传感器13、压力传感器15、温度传感器19电气相连，输出端分别和第一电动调节阀3、第二电动调节阀12、第三电动调节阀16、第四电动调节阀17、风扇24、压缩机2电气相连，用于根据氧浓度传感器13、压力传感器15、温度传感器19的感应数据控制第一电动调节阀3、第二电动调节阀12、第三电动调节阀16、第四电动调节阀17、风扇24、压缩机2工作。
本发明还公开了一种该提高机载分子筛制氧效率的系统的引气分离及惰化发热方法，具体步骤如下：
发动机引气通过管道及过滤器1进入压缩机2增压升温；由压缩机2供给的高温高压气体经过第一电动调节阀3进入第一换热器4预冷后，再经过第二换热器5冷却；第一换热器4和第二换热器5冷源由风扇24抽吸冲压空气提供；
经第二换热器5冷却后的混合气体经过水分离器6、过滤器7、油雾分离器8除去水汽杂质后通入涡轮9增压，随后进入三床型分子筛10；
三床型分子筛10将混合气体分离为富氧气体和富氮气体，其中，产生的富氧气体通过第三换热器11、氧浓度传感器13排入储氧罐14，供机组人员使用，产生的富氧气体排出大气。
本发明还公开了一种该提高机载分子筛制氧效率的系统的数据采集及控制方法，具体步骤如下：
氧浓度传感器13通过探杆探测所述经第三换热器11冷却后的富氧气体氧浓度并将信号传输到所述自动控制器23；当氧浓度大于预设的氧浓度阈值时，所述自动控制器23输出控制信号连通所述压缩机2、第一电动调节阀3，系统开始工作；当氧浓度小于预设的氧浓度阈值时，系统停止工作；
温度传感器19测得第四换热器18热测通道出口气体温度，并将信号传输到所述自动控制器23；当温度大于预设的温度阈值时，所述自动控制器23输出控制信号开启第四电动调节阀17，增大进入第四换热器18的冲压空气，将富氮气体温度进一步降低，同时关闭所述第五电动调节阀21，以防止高温气体进入油箱，保证油箱22安全；
压力传感器15测得氮气压力，并将信号传输到所述自动控制器23；当压力大于预设的压力阈值时，调节第三电动调节阀16增大第四换热器18的入口流量，将氮气压力进一步降低。
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 (3)
1.一种提高机载分子筛制氧效率的系统，其特征在于，包含过滤器（1）、压缩机（2）、第一电动调节阀（3）、第一换热器（4）、第二换热器（5）、水分离器（6）、过滤器（7）、油雾分离器（8）、涡轮（9）、三床型分子筛（10）、第三换热器（11）、第二电动调节阀（12）、氧浓度传感器（13）、储氧罐（14）、压力传感器（15）、第三电动调节阀（16）、第四电动调节阀（17）、第四换热器（18）、温度传感器（19）、火焰抑制器（20）、第五电动调节阀（21）、油箱（22）、自动控制器（23）和风扇（24）；
所述第一换热器（4）、第二换热器（5）、第三换热器（11）、第四换热器（18）均包含热侧通道和冷侧通道；所述三床型分子筛（10）包含混合气体入口、富氧气体出口和富氮气体出口，用于将从混合气体入口进入的混合气体分离为富氧气体、富氮气体后分别经富氧气体出口、富氮气体出口输出；
所述压缩机（2）一端通过过滤器（1）和发动机引气管道相连，压缩机（2）的另一端、第一电动调节阀（3）、第一换热器（4）的热侧通道、第二换热器（5）的热侧通道、水分离器（6）的入口通过管道依次相连；
所述第一换热器（4）冷侧通道的入口接外界空气、第一换热器（4）冷侧通道的出口和第二换热器（5）冷侧通道的入口通过管道相连；所述第二换热器（5）冷侧通道的出口和外界空气管道相连；所述风扇（24）设置在第二换热器（5）冷侧通道和外界空气相连的管道中，用于将外部空气抽入第一换热器（4）冷侧通道后经第二换热器（5）冷侧通道排出；
所述水分离器（6）的空气出口和过滤器（7）的入口通过管道相连，水分离器（6）的液态水出口将液态水排至机外；
所述过滤器（7）的出口、油雾分离器（8）、涡轮（9）、三床型分子筛（10）的混合气体入口通过管道依次相连；
所述三床型分子筛（10）的富氧气体出口依次通过第三换热器（11）的热侧通道、氧浓度传感器（13）和储氧罐（14）管道相连，富氮气体出口依次通过压力传感器（15）、第三电动调节阀（16）、第四换热器（18）的热侧通道、温度传感器（19）、火焰抑制器（20）、第五电动调节阀（21）和油箱（22）管道相连；
所述第三换热器（11）冷侧通道的入口通过第二电动调节阀（12）和外界空气管道相连，冷侧通道的出口接外界空气；所述第四换热器（18）冷侧通道的入口通过第四电动调节阀（17）和外界空气管道相连，冷侧通道的出口接外界空气；
所述自动控制器（23）的输入端分别和氧浓度传感器（13）、压力传感器（15）、温度传感器（19）电气相连，输出端分别和第一电动调节阀（3）、第二电动调节阀（12）、第三电动调节阀（16）、第四电动调节阀（17）、风扇（24）、压缩机（2）电气相连，用于根据氧浓度传感器（13）、压力传感器（15）、温度传感器（19）的感应数据控制第一电动调节阀（3）、第二电动调节阀（12）、第三电动调节阀（16）、第四电动调节阀（17）、风扇（24）、压缩机（2）工作。
2.基于权利要求1所述提高机载分子筛制氧效率的系统的工作方法，其特征在于，引气分离及惰化发热具体步骤如下：
发动机引气通过管道及过滤器（1）进入压缩机（2）增压升温；由压缩机（2）供给的高温高压气体经过第一电动调节阀（3）进入第一换热器（4）预冷后，再经过第二换热器（5）冷却；第一换热器（4）和第二换热器（5）冷源由风扇（24）抽吸冲压空气提供；
经第二换热器（5）冷却后的混合气体经过水分离器（6）、过滤器（7）、油雾分离器（8）除去水汽杂质后通入涡轮（9）增压，随后进入三床型分子筛（10）；
三床型分子筛（10）将混合气体分离为富氧气体和富氮气体，其中，产生的富氧气体通过第三换热器（11）、氧浓度传感器（13）排入储氧罐（14），供机组人员使用，产生的富氧气体排出大气。
3.基于权利要求1所述提高机载分子筛制氧效率的系统的工作方法，其特征在于，数据采集及控制的具体步骤如下：
氧浓度传感器（13）通过探杆探测所述经第三换热器（11）冷却后的富氧气体氧浓度并将信号传输到所述自动控制器（23）；当氧浓度大于预设的氧浓度阈值时，所述自动控制器（23）输出控制信号连通所述压缩机（2）、第一电动调节阀（3），系统开始工作；当氧浓度小于预设的氧浓度阈值时，系统停止工作；
温度传感器（19）测得第四换热器（18）热测通道出口气体温度，并将信号传输到所述自动控制器（23）；当温度大于预设的温度阈值时，所述自动控制器（23）输出控制信号开启第四电动调节阀（17），增大进入第四换热器（18）的冲压空气，将富氮气体温度进一步降低，同时关闭所述第五电动调节阀（21），以防止高温气体进入油箱，保证油箱（22）安全；
压力传感器（15）测得氮气压力，并将信号传输到所述自动控制器（23）；当压力大于预设的压力阈值时，调节第三电动调节阀（16）增大第四换热器（18）的入口流量，将氮气压力进一步降低。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20201023 |