本发明涉及氦气处理领域，尤其涉及一种用于浮空器的氦气回收和纯化系统。
背景技术：
浮空器(气球、飞艇等)是一种完全依靠自身静浮力升空的航空器，而其静浮力通常依赖内部填充的氦气来提供。对于内充氦气的浮空器而言，内部氦气的纯度直接影响到其净升力的大小，从而对飞行性能造成影响。
目前对浮空器使用过的氦气直接排放到空气中，一方面造成了氦气的浪费，也造成了空气的污染，同时，对于一个特定的浮空器来说，其氦气的容量是一定的，直接将氦气排出必将造成氦气的不断减少，进而将严重限制浮空器在空气中的停留时间以及停留高度，同时也将带来一定的危险。
目前国际上所普遍采用的氦气提纯技有三种：低温术吸附、变压吸附和膜分离。低温吸附是天然气提氦等装置所普遍采用的一种提纯方法，该方法成熟经典，但是运行费用较高(使用液氮)、流程复杂、操作压力高等，不符合企业对设备小型化、智能化、节能高效的要求；变压吸附是使用碳分子筛、活性炭等吸附剂在常温、中压下对杂质气体吸附，从而提纯氦气，该方法产品气出口纯度不及低温吸附法，且设备造价高、操作繁琐，因此国际上研究不多；膜分离法是一种高效的渗透分离法，新型的气体膜分离技术具有高效节能、易于实现小型化和智能化的特点，这恰好可以弥补低温分离法的不足。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种用于浮空器的氦气回收和纯化系统，通过对使用过的氦气进行直接纯化，并且将纯化后的氦气直接送入浮空器的内囊中进行使用，一方面能够避免氦气的浪费和污染环境，一方面能够增大浮空器在空气中的停留时间以及停留高度。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种用于浮空器的氦气回收和纯化系统，所述浮空器包括用于储存氦气的内囊，其特征在于，所述系统包括进气端与内囊的出气端通过管道连接的低压缓冲罐、进气端与低压缓冲罐的出气端通过管道连接的压缩机、进气端与压缩机的出气端通过第一管道连接的油水分离模块、进气端与油水分离模块的出气端通过第二管道连接的减压模块、进气端与减压模块的出气端通过第三管道相连的一级分离模块，所述一级分离模块的出纯气端与内囊的进气端通过管道连接。
优选地，所述系统还包括进气端通过第五管道与油水分离模块的出气端相连的氦气高压集装管，所述氦气高压集装管的出气端通过第六管道与油水分离模块的进气端连接，所述第二管道、第五管道以及第六管道上均设置有可控阀门。
优选地，所述系统还包括进气端与一级分离模块的尾气端通过管道连接的二级分离模块，所述二级分离模块的出纯气端与低压缓冲罐的进气端通过管道连接。
优选地，所述油水分离模块包括一个或者多个油水分离器，当油水分离器为多个时，油水分离器通过管道串联连接。
优选地，在油水分离模块上连接有将杂质排出的装置。
优选地，所述减压模块包括设置在第二管道上的调压阀，所述调压阀的出气端与一级分离模块的进气端连接。
优选地，所述减压模块还包括设置在连接调压阀与一级分离模块的管道上的储气罐。
优选地，所述储气罐为一个或者多个，当储气罐为多个时，储气罐通过管道串联设置。
优选地，所述一级分离模块包括一个或者多个膜分离器，当膜分离器为多个时，所述膜分离器通过管道并联连接。
优选地，所述二级分离模块包括一个膜分离器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)该回收和纯化系统采用一级双膜并联、二级串联的膜分离技术，针对60-90％低浓度的原料氦气，一级双膜并联一方面降低了流阻，一方面提高了膜分离面积进而提高了分离的效率；二级分离提高了回收效率，同时提高了出气的纯度。经实验验证，该系统能够将60-90％的污氦提纯至95-98％，提纯回收率≥90％；
2)该系统集成在浮空器中，能够实现在线纯化，并且能够立即将纯化后的氦气供浮空器使用，实现了氦气的循环使用，提高了浮空器在空中停留的时间以及停留的平均高度；
3)该系统还包括氦气高压集装管用以盛装备用的氦气，并且氦气高压集装管与分离模块共用一个压缩机，通过对门阀进行控制来实现氦气进入到氦气高压集装管或者分离模块，节省了成本，同时也提高了浮空器氦气的储存量，延长了浮空器在空气中的停留时间。
附图说明
图1是根据本发明的一个优选实施例的原理图
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
一种用于浮空器的氦气回收和纯化系统，所述浮空器包括用于储存氦气的内囊，如图1所示，所述系统包括进气端与内囊的出气端通过管道连接的低压缓冲罐1、进气端与低压缓冲罐1的出气端通过管道连接的高压压缩机2、进气端与高压压缩机2的出气端通过第一管道7连接的油水分离模块、进气端与油水分离模块的出气端通过第二管道8连接的减压模块、进气端与减压模块的出气端通过第三管道9相连的一级分离模块以及进气端与一级分离模块的尾气端通过管道连接的二级分离模块，所述一级分离模块的出纯气端通过第四管道10与浮空器100的内囊的进气端连接，所述二级分离模块的出纯气端通过管道与低压缓冲罐1连接。
所述高压压缩机2为现有技术，此处不再详述。所述油水分离模块用于去除进入其中的氦气中的油质、水、颗粒等杂质，其包括一个或者多个油水分离器3，当具有多个油水分离器3时，油水分离器3通过管道串联连接，通过多个油水分离器3能够使氦气中的杂质尽可能地去除，优选地，所述油水分离模块具有两个油水分离器3。具体地，油水分离器3属于现有技术，此处不再详述。在所述油水分离模块的出气端设置有进气纯度仪13用以测量从油水分离模块排出的氦气的纯度。在油水分离器3的下方设置有用以将油水等杂质排出的管道，对于一些容易排出的杂质直接通过管道排出，对于一些较难排出的杂质可以采用机械泵15排出。
所述减压模块用以减小进入一级分离模块中的氦气的压力。所述减压模块包括调压阀41，所述调压阀41用以调节管道上氦气的压力。具体地，所述调压阀41为减压阀。
所述减压模块4还包括通过管道与调压阀41的出气端连接的一个或者多个高压储气罐4，所述高压储气罐4能够进一步减小进入到一级分离模块中的氦气的压力，当所述高压储气罐4为多个时，高压储气罐4呈串联连接，通过多个高压储气罐4能够多级地减小进入到一级分离模块中的氦气的压力，减小进入到一级分离模块中的氦气的流速进而能够尽可能地实现氦气的纯化。优选地，所述高压储气罐4为两个，既节省了成本，又保证了氦气的压力能够降低到合适的大小。所述高压储气罐4采用现有技术，此处不再详述。
所述一级分离模块用以对氦气进行纯化，其包括一个或者多个膜分离器5，当具有多个膜分离器5时，膜分离器5并联连接。从每个膜分离器5的出纯气端排出的纯化后的氦气通过第四管道10进入到浮空器内囊中。优选地，所述膜分离器5为两个，这样既节省了成本，又保证了纯化后氦气的纯度。所述第四管道10连接有出气纯度仪用以测量从一级分离模块的出纯气端排出的气体的纯度。
从每个膜分离器5的尾气端排出的尾气进入到二级分离模块中，所述二级分离模块包括进气端与每个膜分离器5通过管道连接的膜分离器6，所述膜分离器6的出纯气端通过管道与低压缓冲罐1的进气端相连以对经过二级分离模块纯化的氦气重新进行纯化，既避免了从一级分离模块排出的尾气直接排出造成浪费，又避免了进入到浮空器的内囊中的氦气纯度过低。由于进入到膜分离器6中的气体已经不多，因此所述膜分离器6优选为一个。从所述膜分离器6的尾气端排出的尾气排出的大气中。
所述回收和纯化系统还包括进气端通过第五管道11与油水分离模块的出气端相连的氦气高压集装管16，所述氦气高压集装管16装有高压氦气用作备用氦气。所述氦气集装管16为氦气储存装置，为现有技术，此处不再详述。在所述第二管道8和第五管道11上分别设置有门阀GV2和GV3，通过控制门阀GV2和GV3的打开或者关闭能够将从所述油水分离模块排出的氦气选择性地进入到氦气高压集装管16或者减压模块进而进入到一级分离模块中。所述氦气高压集装管16的出气端通过第六管道12与油水分离模块的进气端连接，所述第六管道12上设置有门阀GV4，通过打开门阀GV4能够对进入到一级分离模块中的氦气进行补充以使进入到浮空器的内囊中的氦气保持充足。并且，在对氦气高压集装管16中的氦气进行纯化(分离)时，不再需要高压压缩机2，此时需要将设置在第一管道7上的阀门V1关闭。
该氦气和纯化系统包括PLC智能控制系统，该控制系统与管道中的阀门和高压压缩机相连，通过控制系统能够根据需要将不同的阀门打开或者关闭以及根据需要将高压压缩机打开或者关闭进而实现不同的功能。该控制器系统包括触摸屏，通过在触摸屏上设置有相应的功能按钮能够实现不同功能的一键启动。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。