CN113413737A - 机载氧气系统的高效气体除水装置及除水方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机载氧气系统的高效气体除水装置，包括气水分离器，气水分离器包括分离器壳体和除水过滤器，分离器壳体的进气口连接有进气管道、出气口依次与出气管道和送气通道相通连接，除水过滤器安装于分离器壳体内，分离器壳体的底部设有小径排水孔，分离器壳体的底部还设有大径排水孔，第一电磁阀安装于大径排水孔内，第二电磁阀安装于出气管道或送气通道内，第一电磁阀和第二电磁阀分别与控制器对应连接。本发明能够在开启第一电磁阀、关闭第二电磁阀的情况下快速、高效地排出分离器壳体内的液态水，确保了制氧效率，增加了设备使用寿命、降低了系统维护成本、提升了设备安全性能。

Description

机载氧气系统的高效气体除水装置及除水方法

技术领域

本发明涉及一种机载氧气系统的局部结构，尤其涉及一种机载氧气系统的高效气体除水装置及除水方法。

背景技术

机载氧气系统是专用于航空设备如飞机的供氧系统，一般包括氧气制造设备、氧气调节设备、呼吸设备等，比如，氧气浓缩器就是一种将飞机发动机产生的压缩空气进行氧氮分离实现制氧目的的设备，一般采用分子筛床作为氧氮分离设备。

实际应用中，某些环节需要将气体中的水份去除，以满足设备使用需求，比如，氧气浓缩器的压缩空气在进入分子筛床之前，需要对其进行除水处理，因为分子筛床具有吸附液态水的特性，并且吸水后制氧效率会急速降低直至失效，因此对分子筛床进气端的除水性能有非常高的要求，这直接影响到氧气浓缩器的使用寿命、维护成本以及飞行安全。

机载氧气系统采用的传统除水装置为气水分离器，包括分离器壳体、离心组件和除水过滤器，分离器壳体的上部设有进气口和出气口，离心组件和除水过滤器均置于分离器壳体内，除水过滤器通过离心组件安装于分离器壳体内并能够旋转，除水过滤器的下端为进气端、上端为出气端，空气从进气口进入后向下流动通过除水过滤器的进气端进入，完成除水过滤后从出气端和出气口送出至分子筛床制氧。除水过滤器产生的液态水汇集在分离器壳体的底部并通过底部的排水孔排出，该排水孔因为要考虑防止空气泄漏量太大降低制氧效率所以其孔径较小。

上述传统除水装置存在如下缺陷：

因为排水孔孔径较小，在正常工作过程中，仅能除去约70％～90％的液态水，仍然有少量的液态水因为不能及时排出而随空气进入分子筛床；另外，由于飞机在停止飞行任务后，前端较长管路在逐渐冷却过程中将产生大量的冷凝水，在下一次飞机发动机启动并开启氧气浓缩器时，大量冷凝水通过管路瞬间进入到分离器壳体内，因排水孔孔径较小，不足以快速排出开机过程中瞬时进入的大量液态水，造成大量液态水随空气进入分子筛床，对分子筛床的寿命产生极大的影响。但也不能简单地直接扩大排水孔孔径，这样会使排水耗气量增加，降低正常工作过程中的制氧压力和流量，影响产品制氧效率。所以目前的机载氧气系统采用的传统除水装置不能解决上述问题。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种能够高效除水且不会降低制氧效率的机载氧气系统的高效气体除水装置及除水方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种机载氧气系统的高效气体除水装置，包括气水分离器，所述气水分离器包括分离器壳体和除水过滤器，所述分离器壳体的上部设有进气口和出气口，所述进气口连接有进气管道，所述出气口依次与出气管道和送气通道相通连接，所述除水过滤器安装于所述分离器壳体内，所述除水过滤器的下端为进气端、上端为出气端，所述分离器壳体的底部设有小径排水孔，所述机载氧气系统的高效气体除水装置还包括第一电磁阀、第二电磁阀和控制器，所述分离器壳体的底部还设有大径排水孔，所述大径排水孔的孔径大于所述小径排水孔的孔径，所述大径排水孔的上端与所述小径排水孔的上端齐平，所述第一电磁阀安装于所述大径排水孔内，所述第二电磁阀安装于所述出气管道或所述送气通道内，所述第一电磁阀的控制输入端和所述第二电磁阀的控制输入端分别与所述控制器的控制输出端对应连接。

作为优选，为了实现对气体的二次排水以实现更好的除水效果，所述出气管道为倒“U”形管，所述送气通道上位于所述第二电磁阀后侧的底部位置设有二级排水孔，所述二级排水孔的孔径不大于所述小径排水孔的孔径。

作为优选，为了便于整体安装各设备，所述分离器壳体的下方设有综合底座，所述综合底座内与所述小径排水孔和所述大径排水孔对应的位置分别设有第一底座排水孔和第二底座排水孔，所述第一底座排水孔的孔径与所述小径排水孔的孔径相同且对应连通，所述第二底座排水孔的孔径与所述大径排水孔的孔径相同且对应连通，所述送气通道设于所述综合底座内，所述二级排水孔设于所述综合底座内。

作为优选，为了满足电磁阀的安装需求，所述第一电磁阀安装于所述大径排水孔与所述第二底座排水孔连接的位置且该位置孔径扩大至刚好安装所述第一电磁阀，所述第二电磁阀安装于所述送气通道的进口且该进口孔径扩大至刚好安装所述第二电磁阀。

作为优选，为了实时监测气源的压力和湿度以实现更好的自动控制效果，所述机载氧气系统的高效气体除水装置还包括湿度传感器和压力传感器，所述湿度传感器和所述压力传感器分别安装在所述进气管道上，所述湿度传感器的信号输出端和所述压力传感器的信号输出端分别与所述控制器的信号输入端连接。

一种机载氧气系统的高效气体除水装置采用的除水方法，包括以下步骤：

步骤一、所述进气管道开始送入气体，所述控制器控制所述第一电磁阀开启、所述第二电磁阀关闭，直到所述分离器壳体内底部的液态水排除完毕；

步骤二、所述控制器控制所述第一电磁阀关闭、所述第二电磁阀开启，进入设备正常工作状态；在此期间，根据设定的时间间隔，所述控制器控制所述第一电磁阀开启并持续设定时间，然后控制所述第一电磁阀关闭。

或者，一种机载氧气系统的高效气体除水装置采用的除水方法，包括以下步骤：

步骤1、当所述压力传感器检测到进气管道中有气源压力时，所述控制器控制所述第一电磁阀开启、所述第二电磁阀关闭，直到所述分离器壳体内底部的液态水排除完毕；

步骤2、所述控制器控制所述第一电磁阀关闭、所述第二电磁阀开启，进入设备正常工作状态；

步骤3、当所述湿度传感器检测到气源湿度大于90％并持续20-40分钟时，所述控制器控制所述第一电磁阀开启，保持1-3秒钟后，控制所述第一电磁阀关闭。

上述分离器壳体内底部的液态水是否排除完毕，可以依靠数次试验得到可靠数据，即可以获得将不同工况下产生的液态水排除完毕所需的时间。

本发明的有益效果在于：

本发明通过在分离器壳体的底部设置大径排水孔并安装第一电磁阀，在出气管道或送气通道内安装第二电磁阀，能够在开启第一电磁阀、关闭第二电磁阀的情况下快速、高效地排出分离器壳体内的液态水，然后在关闭第一电磁阀、开启第二电磁阀的情况下实现正常的除水过滤功能，避免液态水进入下级设备如分子筛床，确保了制氧效率，增加了设备使用寿命、降低了系统维护成本、提升了设备安全性能；通过设计倒“U”形管提高水的液化率，通过设计二级排水孔再次排出液态水，进一步彻底地排出了气体中残余的水份，进一步确保了除水效果；通过在进气管道上安装湿度传感器和压力传感器，可以实时监测气源启停状况和气体湿度，从而实现更加准确的除水控制，确保在设备开始工作时以及工作过程中湿度较大时均能及时、快速、高效地通过大径排水孔除水。

附图说明

图1是本发明所述机载氧气系统的高效气体除水装置的主视剖视图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明：

实施例1：

如图1所示，一种机载氧气系统的高效气体除水装置，包括气水分离器、第一电磁阀15、第二电磁阀4和控制器(图中未标记，采用常规控制器即可)，所述气水分离器包括分离器壳体12和除水过滤器7，分离器壳体12的上部设有进气口(图中未标记)和出气口(图中未标记)，所述进气口连接有进气管道9，所述出气口依次与出气管道5和送气通道3相通连接，除水过滤器7安装于分离器壳体12内，除水过滤器7的下端为进气端(图中未标记)、上端为出气端(图中未标记)，分离器壳体12的底部设有小径排水孔13，分离器壳体12的底部还设有大径排水孔14，大径排水孔14的孔径大于小径排水孔13的孔径，大径排水孔14的上端与小径排水孔13的上端齐平，第一电磁阀15安装于大径排水孔14内，第二电磁阀4安装于送气通道3(或者出气管道5)内，第一电磁阀15的控制输入端和第二电磁阀4的控制输入端分别与所述控制器的控制输出端对应连接。作为优选，出气管道5为倒“U”形管，送气通道3上位于第二电磁阀4后侧的底部位置设有二级排水孔2，二级排水孔2的孔径不大于小径排水孔13的孔径；分离器壳体12的下方设有综合底座8，综合底座8内与小径排水孔13和大径排水孔14对应的位置分别设有第一底座排水孔16和第二底座排水孔17，第一底座排水孔16的孔径与小径排水孔13的孔径相同且对应连通，第二底座排水孔17的孔径与大径排水孔14的孔径相同且对应连通，送气通道3设于综合底座8内，二级排水孔2设于综合底座8内；第一电磁阀15安装于大径排水孔14与第二底座排水孔17连接的位置且该位置孔径扩大至刚好安装第一电磁阀15，第二电磁阀4安装于送气通道3的进口且该进口孔径扩大至刚好安装第二电磁阀4。

图1中还示出了作为下级设备的分子筛床1，分子筛床1的进气口与送气通道3的出口连接，除水后的空气经过分子筛床1进行氧氮分离后得到氧气；除水过滤器7通过离心组件6安装在分离器壳体12内，离心组件6可以驱动除水过滤器7旋转，实现离心分离除水效果，液态水顺着除水过滤器7的内壁流下并集中在分离器壳体12内的底部，通过小径排水孔13或大径排水孔14排出；这些结构为常规结构。

如图1所示，该机载氧气系统的高效气体除水装置采用的除水方法包括以下步骤：

步骤一、进气管道9开始送入气体，所述控制器控制第一电磁阀15开启、第二电磁阀4关闭，通过大径排水孔14排水，直到分离器壳体12内底部的液态水排除完毕；

步骤二、所述控制器控制第一电磁阀15关闭、第二电磁阀4开启，关闭大径排水孔14，进入设备正常工作状态，此时通过小径排水孔13排水；在此期间，根据设定的时间间隔，所述控制器控制第一电磁阀15开启并持续设定时间，即在分离器壳体12内的液态水较多时再次开启大径排水孔14排水并持续一定排水时间，然后控制第一电磁阀15关闭，即在排完较多的液态水后继续正常进行除水过滤工作。

实施例2：

如图1所示，一种机载氧气系统的高效气体除水装置，在实施例1的基础上，还包括湿度传感器10和压力传感器11，湿度传感器10和压力传感器11分别安装在进气管道9上，湿度传感器10的信号输出端和压力传感器11的信号输出端分别与所述控制器的信号输入端连接。

如图1所示，该机载氧气系统的高效气体除水装置采用的除水方法包括以下步骤：

步骤1、当压力传感器11检测到进气管道9中有气源压力时，所述控制器控制所述第一电磁阀15开启、第二电磁阀4关闭，通过大径排水孔14排水，直到分离器壳体12内底部的液态水排除完毕；

步骤2、所述控制器控制第一电磁阀15关闭、第二电磁阀4开启，进入设备正常工作状态，此时通过小径排水孔13排水；

步骤3、当湿度传感器10到气源湿度大于90％并持续20-40分钟(优选30分钟)时，所述控制器控制第一电磁阀15开启，通过大径排水孔14排水，保持1-3秒钟(优选1秒钟)后，控制第一电磁阀15关闭，继续正常进行除水过滤工作。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (7)

1.一种机载氧气系统的高效气体除水装置，包括气水分离器，所述气水分离器包括分离器壳体和除水过滤器，所述分离器壳体的上部设有进气口和出气口，所述进气口连接有进气管道，所述出气口依次与出气管道和送气通道相通连接，所述除水过滤器安装于所述分离器壳体内，所述除水过滤器的下端为进气端、上端为出气端，所述分离器壳体的底部设有小径排水孔，其特征在于：所述机载氧气系统的高效气体除水装置还包括第一电磁阀、第二电磁阀和控制器，所述分离器壳体的底部还设有大径排水孔，所述大径排水孔的孔径大于所述小径排水孔的孔径，所述大径排水孔的上端与所述小径排水孔的上端齐平，所述第一电磁阀安装于所述大径排水孔内，所述第二电磁阀安装于所述出气管道或所述送气通道内，所述第一电磁阀的控制输入端和所述第二电磁阀的控制输入端分别与所述控制器的控制输出端对应连接。

2.根据权利要求1所述的机载氧气系统的高效气体除水装置，其特征在于：所述出气管道为倒“U”形管，所述送气通道上位于所述第二电磁阀后侧的底部位置设有二级排水孔，所述二级排水孔的孔径不大于所述小径排水孔的孔径。

3.根据权利要求2所述的机载氧气系统的高效气体除水装置，其特征在于：所述分离器壳体的下方设有综合底座，所述综合底座内与所述小径排水孔和所述大径排水孔对应的位置分别设有第一底座排水孔和第二底座排水孔，所述第一底座排水孔的孔径与所述小径排水孔的孔径相同且对应连通，所述第二底座排水孔的孔径与所述大径排水孔的孔径相同且对应连通，所述送气通道设于所述综合底座内，所述二级排水孔设于所述综合底座内。

4.根据权利要求3所述的机载氧气系统的高效气体除水装置，其特征在于：所述第一电磁阀安装于所述大径排水孔与所述第二底座排水孔连接的位置且该位置孔径扩大至刚好安装所述第一电磁阀，所述第二电磁阀安装于所述送气通道的进口且该进口孔径扩大至刚好安装所述第二电磁阀。

5.根据权利要求1-4中任何一项所述的机载氧气系统的高效气体除水装置，其特征在于：所述机载氧气系统的高效气体除水装置还包括湿度传感器和压力传感器，所述湿度传感器和所述压力传感器分别安装在所述进气管道上，所述湿度传感器的信号输出端和所述压力传感器的信号输出端分别与所述控制器的信号输入端连接。

6.一种如权利要求1-4中任何一项所述的机载氧气系统的高效气体除水装置采用的除水方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、所述进气管道开始送入气体，所述控制器控制所述第一电磁阀开启、所述第二电磁阀关闭，直到所述分离器壳体内底部的液态水排除完毕；

步骤二、所述控制器控制所述第一电磁阀关闭、所述第二电磁阀开启，进入设备正常工作状态；在此期间，根据设定的时间间隔，所述控制器控制所述第一电磁阀开启并持续设定时间，然后控制所述第一电磁阀关闭。

7.一种如权利要求5所述的机载氧气系统的高效气体除水装置采用的除水方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、当所述压力传感器检测到进气管道中有气源压力时，所述控制器控制所述第一电磁阀开启、所述第二电磁阀关闭，直到所述分离器壳体内底部的液态水排除完毕；

步骤2、所述控制器控制所述第一电磁阀关闭、所述第二电磁阀开启，进入设备正常工作状态；

步骤3、当所述湿度传感器检测到气源湿度大于90％并持续20-40分钟时，所述控制器控制所述第一电磁阀开启，保持1-3秒钟后，控制所述第一电磁阀关闭。

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