基于温差发电技术的耗氧型惰化燃油箱废热回收系统的制作方法

本发明涉及防火防爆技术领域，尤其涉及一种基于温差发电技术的耗氧型惰化燃油箱废热回收系统。

背景技术：

飞机的安全问题一直受到广泛关注，而燃油系统燃烧、爆炸是引起飞机失事的主要原因之一。有数据表明在越南战争中美国空军由于受到地面活力攻击而损失了数千架飞机。在这些损失中，由于失火导致的损失比例高达50%。机舱安全研究技术小组（cabinsafetyresearchtechnicalgroup,gsrtg）对1966年至2009年全世界3726起民机事故统计结果显示，共有370起事故与油箱燃烧爆炸有关。由此可见，必须采用有效的措施来防止飞行器油箱燃爆。

飞机燃油箱上部空间充满可燃的油气混合物，其易燃、易爆特点严重威胁着飞机安全，必须采取有效措施以减少其燃、爆发生的概率，并降低其危害程度。在油箱保护系统中，降低油箱上部气相空间氧气浓度可防止油箱起火爆炸，保证乘客和飞机安全。降低燃油箱氧气浓度可采用惰性气体如氮气和二氧化碳等气体进行油箱惰化，使其氧含量降低至可燃极限以下。目前，中空纤维膜制取富氮气体的机载制氮惰化技术（on-boardinertgasgeneratorsystem，obiggs）是最经济、实用的飞机油箱燃爆抑制技术。但是obiggs技术仍存在很多问题，如分离膜效率低导致飞机代偿损失大、分离膜入口需求压力高导致在很多机型上无法使用（如直升机）、细小的膜丝和渗透孔径逐渐堵塞及气源中臭氧导致膜性能衰减严重、富氮气体填充油箱时导致燃油蒸汽外泄污染环境等。

近年来，国内外一些公司和研究机构还在进行采用催化燃烧方法来消耗油箱气相空间的氧气和可燃蒸汽从而降低油箱可燃风险的方法，称之为“绿色惰化技术”（greenon-boardinertgasgenerationsystem，gobiggs）。这种新型惰化技术具有几个重要优势：基本无需预热，启动速度快，加之氧气在反应器中被消耗，惰化效率高、时间短；不向外排出燃油蒸汽，绿色环保。但是催化燃烧过程反应温度较高，反应后的混合气体仍含有较多热量，一般冷却剂吸收该部分热量后被排放，能量没有被充分利用。

技术实现要素：

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，提供一种基于温差发电技术的耗氧型惰化燃油箱废热回收系统。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于温差发电技术的耗氧型惰化燃油箱废热回收系统，包含油箱、第一阻火器、气体干燥器、变频风机、第一止回阀、第一流量传感器、第一混合阀、第二止回阀、流量调节器、第一电磁阀、回热器、、电加热器、第一温度传感器、第一火焰抑制器、催化反应装置、第二火焰抑制器、冷却器、水分离器、第二温度传感器、第二电磁阀、第三电磁阀、第三止回阀、第二阻火器、氧浓度传感器、第四电磁阀、第五电磁阀、第二混合阀、温差发电器、三通调节阀、第三温度传感器、第二流量传感器、温差发电控制模块、蓄电池组、蓄电池管理模块、辅助电源和自动控制器；

所述油箱包含气体出口和气体进口；所述第一混合阀、第二混合阀均包含两个入口和一个出口；所述三通调节阀包含一个入口和两个出口；

所述油箱的气体出口、第一阻火器、气体干燥器、变频风机、第一止回阀、第一流量传感器、第一混合阀的一个入口通过管道依次连接；

所述第一电磁阀入口通过管道与外部发动机引气口相连；

所述第一电磁阀的出口、流量调节器、第二止回阀、第一混合阀的另一个入口通过管道依次连接；

所述第一混合阀的出口、回热器的冷侧通道、电加热器、第一温度传感器、第一火焰抑制器、催化反应装置、第二火焰抑制器、回热器的热侧通道、冷却器的热侧通道、水分离器的气体通道、第二温度传感器的一端通过管道依次连接；

所述第二温度传感器的另一端分别和所述第二电磁阀的一端、第三电磁阀的一端通过管道相连；

所述第三电磁阀的另一端、第三止回阀、第二阻火器、邮箱的气体进口通过管道依次相连；

所述第二电磁阀的另一端接废气排放管；

所述氧浓度传感器的探头设置所述油箱内，用于检测所述邮箱内的氧气浓度，并将其传递给所述自动控制器；

所述第四电磁阀的入口通过管道和外部冲压空气连接、出口与温差发电器冷源测的入口通过管道连接；

所述第五电磁阀的入口通过管道和外部冲压空气连接、出口通过管道和所述第二混合阀的一个入口连接；

所述第二混合阀的出口、冷却器的冷侧通道、温差发电器热源测的入口通过管道依次连接；

所述温差发电器冷源测的出口和热源测的出口均通过管道和所述三通调节阀的入口连接；

所述三通调节阀的一个出口接废气排放管；

所述三通调节阀的另一个出口、第三温度传感器、第二流量传感器、第二混合阀的另一个入口通过管道依次连接；

所述自动控制器包含电流输入端和电流输出端；

所述电流输入端分别和氧浓度传感器、第一流量传感器、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、蓄电池管理模块、辅助电源电气相连；

所述电流输出端分别和变频风机、流量调节器、电加热器、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、三通调节阀电气连接；

所述温差发电控制模块的输入端和所述温差发电器的接线端电气连接、输出端和蓄电池组电气相连，用于将温差发电器产生的电能储存在蓄电池组中；

所述蓄电池管理模块和所述蓄电池组电气相连，用于将蓄电池组中的电能供给所述自动控制器使用。

本发明还公开了另一种基于温差发电技术的耗氧型惰化燃油箱废热回收系统，包含油箱、第一阻火器、气体干燥器、变频风机、第一止回阀、第一流量传感器、第一混合阀、第二止回阀、流量调节器、第一电磁阀、回热器、、电加热器、第一温度传感器、第一火焰抑制器、催化反应装置、第二火焰抑制器、冷却器、水分离器、第二温度传感器、第二电磁阀、第三电磁阀、第三止回阀、第二阻火器、氧浓度传感器、第四电磁阀、第五电磁阀、第二混合阀、温差发电器、三通调节阀、第三温度传感器、第二流量传感器、温差发电控制模块、蓄电池组、蓄电池管理模块、辅助电源、自动控制器、冷却水泵和水温控制器；

所述油箱包含气体出口和气体进口；所述第一混合阀、第二混合阀均包含两个入口和一个出口；所述三通调节阀包含一个入口和两个出口；

所述油箱的气体出口、第一阻火器、气体干燥器、变频风机、第一止回阀、第一流量传感器、第一混合阀的一个入口通过管道依次连接；

所述第一电磁阀入口通过管道与外部压缩空气相连；

所述第一电磁阀的出口、流量调节器、第二止回阀、第一混合阀的另一个入口通过管道依次连接；

所述第一混合阀的出口、回热器的冷侧通道、电加热器、第一温度传感器、第一火焰抑制器、催化反应装置、第二火焰抑制器、回热器的热侧通道、冷却器的热侧通道、水分离器的气体通道、第二温度传感器的一端通过管道依次连接；

所述第二温度传感器的另一端分别和所述第二电磁阀的一端、第三电磁阀的一端通过管道相连；

所述第三电磁阀的另一端、第三止回阀、第二阻火器、邮箱的气体进口通过管道依次相连；

所述第二电磁阀的另一端接废气排放管；

所述氧浓度传感器的探头设置所述油箱内，用于检测所述邮箱内的氧气浓度，并将其传递给所述自动控制器；

所述水温控制器的出口通过管道分别和所述第四电磁阀的入口、所述第五电磁阀的入口相连；

所述第四电磁阀的出口与温差发电器冷源测的入口通过管道连接；

所述第五电磁阀的出口通过管道和所述第二混合阀的一个入口连接；

所述第二混合阀的出口、冷却器的冷侧通道、温差发电器热源测的入口通过管道依次连接；

所述温差发电器冷源测的出口和热源测的出口均通过管道和所述三通调节阀的入口连接；

所述三通调节阀的一个出口通过所述冷却水泵和所述水温控制器的入口相连；

所述三通调节阀的另一个出口、第三温度传感器、第二流量传感器、第二混合阀的另一个入口通过管道依次连接；

所述自动控制器包含电流输入端和电流输出端；

所述电流输入端分别和氧浓度传感器、第一流量传感器、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、蓄电池管理模块、辅助电源电气相连；

所述电流输出端分别和变频风机、流量调节器、电加热器、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、三通调节阀、冷却水泵、水温控制器电气连接；

所述温差发电控制模块的输入端和所述温差发电器的接线端电气连接、输出端和蓄电池组电气相连，用于将温差发电器产生的电能储存在蓄电池组中；

所述蓄电池管理模块和所述蓄电池组电气相连，用于将蓄电池组中的电能供给所述自动控制器使用。

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：

本发明通过催化燃烧技术将燃油蒸汽转化为二氧化碳，利用二氧化碳和没有参与反应的氮气来惰化油箱，本系统结构简单，反应可控，惰化时间短，且不向大气环境排放燃油蒸气，无环境污染。此外，本发明中设置一套温差发电系统来回收绿色惰化系统中的余热，能量利用率高。

附图说明

图1为本发明中一种基于温差发电技术的耗氧型惰化燃油箱废热回收系统的示意图；

图2为温差发电子系统示意图；

图3为本发明中另一种基于温差发电技术的耗氧型惰化燃油箱废热回收系统的示意图。

图中，1-油箱，2-第一阻火器，3-气体干燥器，4-变频风机，5-第一止回阀，6-第一流量传感器，7-第一混合阀，8-第二止回阀，9-流量调节器，10-第一电磁阀，11-回热器，12-电加热器，13-第一温度传感器，14-第一火焰抑制器，15-催化反应装置，16-第二火焰抑制器，17-冷却器，18-水分离装置，19-第二温度传感器，20-第二电磁阀，21-第三电磁阀，22-第三止回阀，23-第二阻火器，24-氧浓度传感器，25-第四电磁阀，26-第五电磁阀，27-第二混合阀，28-温差发电器，29-三通调节阀，30-第三温度传感器，31-第二流量传感器，32-温差发电控制模块，33-蓄电池组，34-蓄电池管理模块，35-辅助电源，36-自动控制器，37-冷却水泵，38-水温控制器。

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，本发明公开了一种基于温差发电技术的耗氧型惰化燃油箱废热回收系统，油箱1气体出口至第一混合阀7一个入口通过管道连接依次第一阻火器2、气体干燥器3、变频风机4、第一止回阀5、第一流量传感器6；第一电磁阀10入口通过管道与发动机引气口相连；所述第一电磁阀10出口至所述第一混合阀7另一个入口通过管道依次连接有流量调节器9、第二止回阀8；所述第一混合阀7出口至第二火焰抑制器16通过管道依次连接有回热器11冷侧通道、电加热器12、第一温度传感器13、第一火焰抑制器14、催化反应装置15；所述第二火焰抑制器16至所述油箱1入口通过管道顺次连接有所述回热器11热侧通道、冷却器17热侧通道、水分离器18气体通道、第二温度传感器19、第三电磁阀21、第三止回阀22、第二阻火器23；第二电磁阀20进口通过管道同时与所述第二温度传感器19出口及所述第三电磁阀21入口相连；所述第二电磁阀20出口接废气排放管；氧浓度传感器24通过探头与所述油箱1连接。

图2为温差发电子系统示意图。第四电磁阀25入口、第五电磁阀26入口通过管道同时与冲压空气进口连接；所述第四电磁阀25出口与温差发电器28冷源测通过管道连接；所述第五电磁阀26至所述温差发电器28热源测通过管道依次连接有第二混合阀27一个入口、所述冷却器17冷侧通道；所述温差发电器28冷源测出口、热源测出口通过管道同时与三通调节阀29入口连接；所述三通调节阀29一个出口接废气排放管；所述三通调节阀29另一个出口至所述第二混合阀27另一个入口通过管道依次连接有第三温度传感器30、第二流量传感器31。

所述氧浓度传感器24、第一流量传感器6通过电缆并联并与自动控制器36电流输入端连接；所述第一温度传感器13、第二温度传感器19、第三温度传感器30、第二流量传感器31、蓄电池管理模块34、辅助电源35通过电缆并联并与自动控制器36电流输入端连接；所述自动控制器36电流输出端通过电缆分别与所述变频风机4、流量调节器9、电加热器12、第一电磁阀10、第二电磁阀20、第三电磁阀21、第四电磁阀25、第五电磁阀26、三通调节阀29的电流输入端连接；温差发电控制模块32输入端通过电缆与所述温差发电器28接线端连接；所述温差发电控制模块32输出端通过电缆与蓄电池组33连接；所述蓄电池管理模块34通过电缆与蓄电池组33连接。

辅助电源用于在蓄电池组电量不够时提供电源给所述自动控制器。

本实施例用于对飞机燃油箱冲洗惰化，所述油箱1为飞行器燃油箱，具体工作过程如下：

1）燃油箱惰化过程：开启所述变频风机4抽吸所述油箱1上部气相空间的可燃混合气体，混合气体由燃油蒸气、氧气、氮气、二氧化碳、水蒸气及其他微量杂质组成，混合气体流经所述第一阻火器2，在所述气体干燥器3除去混合气体中的水蒸气，干燥后的混合气体依次流经所述第一止回阀5、第一流量传感器6；开启所述第一电磁阀10，发动机引气通过所述流量调节器9调节到合适流量后，通过所述第二止回阀8后与可燃混合气体在所述第一混合阀7中完成混合；混合气体通过所述回热器11冷侧通道时被反应后的高温气体预热，紧接着在所述电加热器12中升温到催化反应所需温度；升温后的混合气体依次流经所述第一温度传感器13、第一火焰抑制器14后进入所述催化反应装置15，在催化剂作用下完成无焰催化燃烧反应；反应后的高温高湿气体通过所述第二火焰抑制器16，在所述回热器11热侧通道中对反应气体进行预热；初步冷却的气体在所述冷却器17中将热量传给冲压空气后温度大大降低，析出液态水；在经过所述水分离装置18时，液态水被分离排出；干燥的惰化混合气继续流过第二温度传感器19后，通过所述第二电磁阀20后直接被排放，或依次流经所述第三电磁阀21、第三止回阀22、第二阻火器23被送回所述油箱1上部气相空间，与气相空间中原有气体混合后氧含量降低，二氧化碳及氮气含量比例升高，燃油蒸汽的可燃性降低，达到惰化目的。

2）温差发电过程：利用反应后惰化气体的余热作为热源、低温的冲压空气作为冷源，通过他们之间的温差作为发电电源的主要途径。发电系统的主要部件是温差发电器，该系统有冷源和热源两条通道为温差发电器提供发电所需的能源。冲压空气一部分流经所述第四电磁阀25后进入所述温差发电器28冷源侧通道，另一部分通过所述第五电磁阀26后在所述第二混合阀27中与二次气体混合，混合气体进入所述冷却器17冷侧通道升温，进而流入所述温差发电器28热源侧通道为温差发电器提供热源；所述温差发电器28冷侧通道出口、热侧通道出口的气体仍具有较高温度，一部分在所述三通调节阀29中分配后排放，另一部分二次气体则流经所述第三温度传感器30、第二流量传感器31，在所述第二混合阀27中与冲压空气混合。

3）系统开启、关闭、控制的过程

开启过程——所述自动控制器36连通所述蓄电池管理模块34、辅助电源35之间的电路。所述氧浓度传感器24探测所述油箱1气相空间氧气浓度并将信号传输到所述自动控制器36，当氧气浓度大于给定值时，自动控制器36连通所述变频风机4、第一电磁阀10、电加热器12、第二电磁阀20、第三电磁阀21、第四电磁阀25之间的电路，系统处于工作状态。

关闭过程——所述氧浓度传感器24探测所述油箱1气相空间氧气浓度小于给定值时，所述自动控制器36断开所述变频风机4、第一电磁阀10、电加热器12、第二电磁阀20、第三电磁阀21、第四电磁阀25之间的电路，系统处于关闭状态。

控制过程——系统处于工作状态时，所述自动控制器36连通所述第一流量传感器6、第二流量传感器31、氧浓度传感器24、第一温度传感器13、第二温度传感器19、第三温度传感器30之间的电路并采集对应数据。所述自动控制器36连通所述流量调节器9、三通调节阀29。根据所述第一流量传感器6传回的流量来控制所述变频风机4的频率和流量调节器9的开度；根据所述第三温度传感器30、第二流量传感器31测得的气体温度、流量值来控制所述三通调节阀29；当所述第二温度传感器19测得的温度值高于规定时，关闭所述第三电磁阀21、打开所述第四电磁阀20；所述温差发电控制模块32连通所述温差发电器28、蓄电池组33，将温差发电器28产生的电能储存在蓄电池组33中；通过所述蓄电池管理模块34将电能供给所述自动控制器36使用；所述自动控制器36利用所述蓄电池组33以及所述辅助电源35提供的电能维持惰化系统运行。

如图3所示，本发明还公开了另一种采用冷却水为冷却剂的基于温差发电技术的耗氧型惰化燃油箱废热回收系统示意图。结合图3可见，该装置与实施1的差别在于，所述发动机引气变为压缩空气；所述第四电磁阀25入口、第五电磁阀26入口通过管道同时与冷却水进口连接；所述三通调节阀29一个出口至冷却水进口通过管道依次连接有冷却水泵37、水温控制器38；所述自动控制器36电流输出端通过电缆分别与所述冷却水泵37、水温控制器38的电流输入端连接。

本实施应用于对地面油箱进行燃油冲洗惰化，所述油箱1是储油罐容器，具体工作过程如下：

所述发动机引气变为压缩空气，所述冷却剂由冲压空气换为冷却水，所述冷却水泵37抽吸来自三通调节阀29一个出口的冷却水回水，冷却水在所述水温控制器38中被处理到所需温度，低温的冷却水输出至温差发电系统使用。

根据所述第三温度传感器30、第二流量传感器31测得的气体温度、流量值来控制所述冷却水泵37的功率及水温控制器38。

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。