一种采用高压除水的飞机油箱惰化装置的制作方法

本实用新型涉及防火防爆技术领域，尤其涉及一种采用高压除水的飞机油箱惰化装置。

背景技术：

飞机油箱气相空间氧气浓度高于极限可燃氧气浓度，在外部点火源如雷电、静电、炮火打击等存在时，燃油蒸气与空气混合物极易发生燃烧爆炸，导致机毁人亡，造成极大的生命财产安全隐患。1996年7月17日，环球航空公司的一架TWA800号班机从纽约肯尼迪国际机场飞住巴黎戴高乐机场起飞不久便于长岛上空爆炸，导致机上230名乘客和机组人员罹难。调查发现事故是由飞机上残破的电线导致短路产生电火花进入油箱，引起中央翼油箱起火爆炸。此次事故后，降低油箱气相空间可燃性，保护飞机油箱安全引起了研究人员的广泛关注。油箱发生火灾的三个因素有点火源、可燃物和助燃剂。由于点火源不可控制，燃油的挥发性导致气相空间始终存在燃油蒸气，因此预防飞机油箱火灾发生的重要措施是减少助燃剂氧气的存在。研究表明，当飞机油箱气相空间氧气浓度低于12%（民用飞机）和9%（军用飞机）时可有效地防止火灾的发生。美国联邦航空管理局（FAA）经过大量理论和实验研究表明，油箱惰化技术是一种经济有效的降低油箱气相空间氧气浓度的方法。

油箱惰化技术指的是利用惰性气体如氮气、二氧化碳或富氮气体（氮气浓度可高达98%）等充入油箱气相空间转换出气相空间的氧气，以减少氧气浓度，达到降低气相空间可燃性，保护油箱安全的目的。目前发展比较成熟的油箱惰化技术为机载制氮惰化技术，利用高压发动机引气通过中空纤维膜制取富氮气体对油箱进行惰化，该技术在F-15、F-22、F-35、C-17等军机及Boeing 747、Airbus A320等得到广泛的应用。但从目前国内外应用现状来看，该技术存在中空纤维膜分离效率低、易堵塞、膜入口压力高、发动机引气量大等问题。

且随着飞行技术的发展，飞机制造朝更大容量，更加安全的方向发展，同时飞机电子设备和乘客的增加给飞机供电和供水提出了更高的要求。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种采用高压除水的飞机油箱惰化装置，减少油箱惰化过程中的飞机的代偿损失，提高能量利用率，保证飞机的飞行安全。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种采用高压除水的飞机油箱惰化装置，包括储氢瓶、第一换热器、氢氧燃料电池、第一压气机、第二换热器、风扇、水分离器、涡轮膨胀机、储水箱、单向阀和油箱；

所述储氢瓶设有高压氢气出口；氢氧燃料电池设有阳极气体入口、阴极气体入口、电能输出端口和尾气出口；水分离器设有气体入口、液态水出口和气体出口；油箱设有惰性气体入口和气体出口；储水箱设有入口和出口；

所述第一换热器热侧通道的入口引入发动机引气、出口和氢氧燃料电池的阴极气体入口相连；

所述氢氧燃料电池的阳极气体入口和储氢瓶的高压氢气出口相连、电能输出端口和外部飞机用电设备连接；

所述氢氧燃料电池的尾气出口、第一压气机、第二换热器的热侧通道、水分离器的气体入口依次相连；

所述水分离器的气体出口、涡轮膨胀机、单向阀、油箱的惰性气体入口依次相连；

所述水分离器的液态水出口和储水箱的入口相连，储水箱的出口和外部用水设备相连；

所述涡轮膨胀机的转轴分别和所述第一压气机的转轴、风扇的转轴同轴固连，其中，所述涡轮膨胀机用于对水分离器中排出的气体进行降温，同时提供动力给第一压气机和风扇、带动第一压气机和风扇进行工作；

所述第二换热器冷侧通道的入口接冲压空气，第二换热器冷侧通道的出口、风扇、第一换热器冷侧通道的入口相连；

所述第一换热器冷侧通道的出口、油箱的气体出口均接外部大气环境。

作为本实用新型一种采用高压除水的飞机油箱惰化装置进一步的优化方案，还包括第二压气机和第一电动机；

所述第二压气机的进气口接座舱引气、出气口和所述第一换热器热侧通道的入口相连；

所述第一电动机的转轴和所述第二压气机的转轴同轴固连，用于提供动力给第二压气机、带动其工作。

作为本实用新型一种采用高压除水的飞机油箱惰化装置进一步的优化方案，还包括第二电动机、燃油引射器和油泵；

所述第二电动机的转轴和所述第一压气机的转轴同轴固连，用于进一步提供动力给所述第一压气机、带动其工作；

所述燃油引射器设有气体入口、燃油入口和油气混合物出口；所述油箱在其底部还设有油气混合物入口和燃油出口；油泵设有燃油入口和燃油出口；

所述油泵的燃油入口和所述油箱的燃油出口相连，油泵的燃油出口和所述燃油引射器的燃油入口连接；

所述燃油引射器的气体入口和所述单向阀的气体出口相连，燃油引射器的油气混合物出口与所述油箱的油气混合物入口相连；

所述油箱的惰性气体入口封闭。

本实用新型还公开了一种基于该采用高压除水的飞机油箱惰化装置的工作方法，包含以下过程：

储氢瓶里里的氢气和经过第一换热器降温后的发动机引气在氢氧燃料电池反应，消耗氧气同时产生水，反应产生的电能输入外部供电设备，反应的尾气经过第一压气机、第二换热器和水分离器，得到分离出的液态水和干燥惰性气体，其中，液态水经过储水箱储存后供给外部用水设备，干燥惰性气体经过涡轮膨胀机降温后经过单向阀进入油箱气相空间进行混合以降低油箱气相空间氧气浓度。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本实用新型利用发动机引气或座舱引气经过氢氧燃料电池反应产生电能和水以提供日增长的用电和用水量。通过氢氧燃料电池实时反应产生水蒸气和富氮尾气并利用三轮升压高压除水系统进行水分离进行液态水储存利用，减少了飞机初始储水量，减轻了飞机起飞总质量，减少了飞机代偿损失。同时经过高压除水后的干燥惰性气体进入油箱降低气相空间氧浓度，保证油箱安全。此系统可以从发动机低压侧或座舱引气，减少了发动机高压侧引气对发动机性能的影响，同时为飞机提供电能和水减小了飞机代偿损失，提高了能量利用率。

附图说明

图1为实施例1的利用发动机引气的采用高压除水的飞机油箱惰化的系统图；

图2为实施例2的利用座舱引气的采用高压除水的飞机油箱惰化的系统图；

图3为实施例3的利用座舱引气的采用高压除水的飞机油箱洗涤惰化的系统图。

图中，1、储氢瓶，2、第一换热器，3、氢氧燃料电池，4、用电设备，5、第一压气机，6、第二换热器，7、风扇，8、水分离器，9、涡轮膨胀机，10、储水箱，11、单向阀，12、用水设备，13、油箱，101、第二压气机，102、第一电动机，201、第二电动机，202、燃油引射器，203、油泵。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

本实用新型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实用新型的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

1），实施例1：

图1是利用发动机引气的采用高压除水的飞机油箱惰化的系统，包括储氢瓶1、第一换热器2、氢氧燃料电池3、第一压气机5、第二换热器6、风扇7、水分离器8、涡轮膨胀机9、储水箱10、单向阀11和油箱13；储氢瓶1设有高压氢气出口；氢氧燃料电池3设有阳极气体入口、阴极气体入口、电能输出端口和尾气出口；水分离器8设有气体入口、液态水出口和气体出口；油箱13设有惰性气体入口和气体出口；储水箱10设有入口和出口。

第一换热器2热侧通道的入口引入发动机引气、出口和氢氧燃料电池3的阴极气体入口相连；氢氧燃料电池3的阳极气体入口和储氢瓶1的高压氢气出口相连、电能输出端口和外部飞机用电设备4连接；氢氧燃料电池3的尾气出口、第一压气机5、第二换热器6的热侧通道、水分离器8的气体入口依次相连；水分离器8的气体出口、涡轮膨胀机9、单向阀11、油箱13的惰性气体入口依次相连；水分离器8的液态水出口和储水箱10的入口相连，储水箱10的出口和外部用水设备12相连。

涡轮膨胀机9的转轴分别和第一压气机5的转轴、风扇7的转轴同轴固连，其中，涡轮膨胀机9用于对水分离器8中排出的气体进行降温，同时提供动力给第一压气机5和风扇7、带动第一压气机5和风扇7进行工作。

第二换热器6冷侧通道的入口接冲压空气，第二换热器6冷侧通道的出口、风扇7、第一换热器2冷侧通道的入口相连；第一换热器2冷侧通道的出口、油箱13的气体出口均接外部大气环境。

本实用新型还公开了一种基于该采用高压除水的飞机油箱惰化装置的工作方法，具体过程如下：

储氢瓶里1里的氢气和经过第一换热器2降温后的发动机引气在氢氧燃料电池3反应，消耗氧气同时产生水，反应产生的电能输入外部供电设备4，反应的尾气经过第一压气机5、第二换热器6和水分离器8，得到分离出的液态水和干燥惰性气体，其中，液态水经过储水箱10储存后供给外部用水设备12，干燥惰性气体经过涡轮膨胀机9降温后经过单向阀11进入油箱13气相空间进行混合以降低油箱气相空间氧气浓度。

2），实施例2：

如图2所示，在实施例1的基础上还包括第二压气机101和第一电动机102；第二压气机101的进气口接座舱引气、出气口和第一换热器2热侧通道的入口相连；第一电动机102的转轴和第二压气机101的转轴同轴固连，用于提供动力给第二压气机、带动其工作。

本实施例与实施例1的不同之处在于利用第二压气机101和第一电动机102对座舱引气进行压缩以取代发动机引气，可以减少发动机引气对发动机性能的影响，减少飞机代偿损失。

3，实施例3

如图3所示，在实施例2的基础上还包括第二电动机201、燃油引射器202和油泵203；第二电动机201的转轴和第一压气机5的转轴同轴固连，用于进一步提供动力给第一压气机5、带动其工作；燃油引射器202设有气体入口、燃油入口和油气混合物出口；油箱13在其底部还设有油气混合物入口和燃油出口；油泵203设有燃油入口和燃油出口；油泵203的燃油入口和油箱13的燃油出口相连，油泵203的燃油出口和燃油引射器202的燃油入口连接；燃油引射器202的气体入口和单向阀11的气体出口相连，燃油引射器202的油气混合物出口与油箱13的油气混合物入口相连；油箱13的惰性气体入口封闭。

本实施例与实施例1和实施例2的不同之处在于利用第二电动机201给第一压气机5供能可提高水分离效率，同时利用燃油引射器202和油泵203对燃油进行洗涤可减少燃油溶解氧气和气相空间氧气浓度，减少燃油溶解氧对气相空间氧浓度的影响。

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）具有与本实用新型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，对本实用新型的目的、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，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。