本实用新型涉及航空系统技术领域，涉及机载油箱氧浓度控制系统中废热回收，特别涉及一种利用飞行器燃油箱惰化系统中废热发电的装置。
背景技术：
机燃油系统起火或爆炸是引起飞机失事的主要原因之一。飞机燃油系统的防火防爆能力，直接关系到飞机生存力和易损性，也关系到飞机的利用率、成本以及人员安全。燃油箱若具有防爆能力，即使中弹或其他原因引起火灾，也不至于机毁人亡，飞机经修复后乃可继续使用，这就相应提高了飞机的利用率和生存力， 降低了飞机的易损性。飞机燃油箱防爆技术的采用还可以增加救生时间，使飞机在燃油箱出现故障的情况下有足够的时间返航。另外，还可以在应急情况下保护飞机。
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-Board Inert Gas Generator System， OBIGGS）是最经济、实用的飞机油箱氧浓度控制技术。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，低温等离子技术在处理废气及垃圾等方面发展迅速，低温等离子体中的高能电子与气体分子或原子发生非弹性碰撞，将能量转化成为基态分子或原子的内能，从而使其发生激发、离解和电离，气体处于活化状态。当电子的能量高于VOCs分子的化学键键能时，分子将发生断裂分解；高能电子激发所产生的O、OH具有很强的氧化性，可以将VOCs分子降解为CO2 和 H2O。反应后的气体经过干燥处理后成为富氮气体，流回油箱进行冲洗惰化来控制油箱气相空间的氧浓度。
但是反应后的混合气体仍含有较多热量，一般情况下，用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，提供一种利用飞行器燃油箱惰化系统中废热发电的装置。
本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种利用飞行器燃油箱惰化系统中废热发电的装置，包含油箱、第一阻火器、风机、预热器、电加热器、第一温度传感器、第一氧浓度传感器、第一碳氢化合物传感器、低温等离子反应器、第二碳氢化合物传感器、第二氧浓度传感器、冷却器、水分离器、第二温度传感器、第一电动调节阀、单向止回阀、第二阻火器、第三氧浓度传感器、第二电动调节阀、第三电动调节阀、第四电动调节阀、温差发电器、第三温度传感器、第四温度传感器、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入口；所述自动控制器包含电流输入端和电流输出端；
油箱的气体出口、第一阻火器、风机的入口通过管道依次相连；
所述风机的出口分别和所述第二电动调节阀的出口、预热器冷侧通道的入口通过管道相连；
所述预热器冷侧通道的出口、电加热器、第一温度传感器、第一氧浓度传感器、第一碳氢化合物传感器、低温等离子体反应器、第二碳氢化合物传感器、第二氧浓度传感器、预热器的热侧通道、冷却器的热侧通道、水分离器、第二温度传感器、第一电动调节阀、单向止回阀、第二阻火器、油箱的气体入口通过管道依次相连；
所述第三氧浓度传感器的探头伸入所述所述油箱内，用于测量所述油箱内的氧气浓度，并将其传递给所述自动控制器；
所述第二电动调节阀的入口、第三电动调节阀的入口、第四电动调节阀的入口均通过管道和外部冲压空气相连；
所述第三电动调节阀的出口、冷却器的冷侧通道、温差发电器的热侧通道、第三温度传感器、外部用于废气排放的通道通过管道依次相连；
所述第四电动调节阀的出口、温差发电器的冷侧通道、第四温度传感器、外部用于废气排放的通道通过管道依次相连；
所述自动控制器的电流输入端分别和所述第三氧浓度传感器、第一温度传感器、第一氧浓度传感器、第一碳氢化合物传感器、第二碳氢化合物传感器、第二氧浓度传感器、第三温度传感器、蓄电池管理模块、第四温度传感器、辅助电源、第二温度传感器电气相连；自动控制器的电流输出端分别和所述风机、电加热器、低温等离子反应器、第一电动调节阀、第二电动调节阀、第三电动调节阀、第四电动调节阀电气相连；
所述温差发电控制模块的输入端和所述温差发电器接线端电气相连、输出端和所述蓄电池组电气相连；
所述蓄电池管理模块和所述蓄电池组电气相连。
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：
本实用新型将低温等离子技术应用于飞行器油箱氧浓度控制，并采用温差发电技术回收反应后气体中的热量进行发电，为系统运行提供电量，具有技术高端、节能、无机械设备、适应工况范围宽、结构简单、操作简单等优点。
附图说明
图1是一种利用飞行器燃油箱惰化系统中废热发电的装置示意图；
图2是温差发电子系统示意图。
图中，1-油箱，2-第一阻火器，3-风机，4-预热器，5-电加热器，6-第一温度传感器，7-第一氧浓度传感器，8-第一碳氢化合物传感器，9-低温等离子反应器，10-第二碳氢化合物传感器，11-第二氧浓度传感器，12-冷却器，13-水分离器，14-第二温度传感器，15-第一电动调节阀，16-单向止回阀，17-第二阻火器，18-第三氧浓度传感器，19-第二电动调节阀，20-第三电动调节阀，21-第四电动调节阀，22-温差发电器，23-第三温度传感器，24-第四温度传感器，25-温差发电控制模块，26-蓄电池组，27-蓄电池管理模块，28-辅助电源，29-自动控制器。
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。
应当理解，尽管这里可以使用术语第一、第二、第三等描述各个元件、组件和/或部分，但这些元件、组件和/或部分不受这些术语限制。这些术语仅仅用于将元件、组件和/或部分相互区分开来。因此，下面讨论的第一元件、组件和/或部分在不背离本实用新型教学的前提下可以成为第二元件、组件或部分。
如图1所示，一种利用飞行器燃油箱惰化系统中废热发电的装置。包括冲压空气，油箱1出口通过管道依次连接有第一阻火器2、风机3入口；所述风机3出口与第二电动调节阀19出口通过管道同时与预热器4冷侧通道入口连接；所述预热器4冷侧通道出口通过管道依次连接有电加热5、第一温度传感器6、第一氧浓度传感器7、第一碳氢化合物传感器8、低温等离子体反应器9、第二碳氢化合物传感器10、第二氧浓度传感器11、所述预热器4热侧通道、冷却器12热侧通道、水分离器13、第二温度传感器14、第一电动调节阀15、单向止回阀16、第二阻火器17、所述油箱1入口。第三氧浓度传感器18通过探头与所述油箱1连接。
所述冲压空气共有三股，其一股通过管道与所述第二电动调节阀19入口连接；其二股通过管道依次连接有第三电动调节阀20、所述冷却器12冷侧通道、温差发电器22热侧通道入口；其三股通过管道依次连接有第四电动调节阀21、所述温差发电器22冷侧通道入口；所述温差发电器22热侧通道出口与第三温度传感器23其一端连接；所述第三温度传感器23其二端通过管道排至机外；所述温差发电器22冷侧通道出口与第四温度传感器24其一端连接；所述第四温度传感器24其二端通过管道排至机外。
所述第三氧浓度传感器18、第一温度传感器6、第一氧浓度传感器7、第一碳氢化合物传感器8、第二碳氢化合物传感器10、第二氧浓度传感器11、第三温度传感器23、蓄电池管理模块27、第四温度传感器24、辅助电源28、第二温度传感器14通过电缆并联并与自动控制器29电流输入端连接；所述自动控制器29电流输出端通过电缆分别与所述风机3、电加热器5、低温等离子反应器9、第一电动调节阀15、第二电动调节阀19、第三电动调节阀20、第四电动调节阀21的电流输入端连接；
图2为温差发电子系统示意图，温差发电控制模块25输入端通过电缆与所述温差发电器22接线端连接；所述温差发电控制模块25输出端通过电缆与蓄电池组26连接；所述蓄电池管理模块27通过电缆与蓄电池组26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。
1）燃油箱惰化过程：所述油箱1上部的气体在所述风机3的抽吸作用下，流经所述第一阻火器2、所述风机3；与流经所述第一电动调节阀19的冲压空气混合；混合气体在所述预热器4中被预热；然后在所述电加热器5中被进一步加热至反应所需温度；高温气体依次流经所述第一温度传感器6、第一氧浓度传感器7、第一碳氢化合物传感器8；在所述低温等离子体反应器9中被低温等离子激发、离解、电离；反应后的高温高湿气体主要为氮气、二氧化碳、水；高温高湿气体依次流过所述第二碳氢化合物传感器10、第二氧浓度传感器11；在所述初级冷却器4中被初步冷却；然后在所述冷却器12中被冲压空气进一步冷却，同时冲压空气温度升高；被冷却的气体在所述次级水分离器13出析出液态水，液态水通过管道排出机外；得到低温干燥的空气依次流经所述第二温度传感器14、第一电动调节阀15、单向止回阀16、第二阻火器17；最后得到富氮气体流回油箱进行冲洗惰化。
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。一股冲压空气流经所述第四电动调节阀21后进入所述温差发电器22冷源侧通道，另一股通过所述第三电动调节阀20后进入所述冷却器12冷侧通道升温，进而流入所述温差发电器22热源侧通道为温差发电器提供热源；所述温差发电器22热侧通道出口的气体流过所述第三温度传感器23后排放至机外；所述温差发电器22冷侧通道出口气体流过所述第四温度传感器24后排放至机外。
3）系统开启、关闭、控制的过程
开启过程——所述自动控制器29连通所述蓄电池管理模块27、辅助电源28之间的电路。所述氧浓度传感器第三18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29，当氧气浓度大于给定值时，自动控制器29连通所述风机3、电加热器5、低温等离子反应器9、第一电动调节阀15、第二电动调节阀19、第三电动调节阀20、第四电动调节阀21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29断开所述风机3、电加热器5、低温等离子反应器9、第一电动调节阀15、第二电动调节阀19、第三电动调节阀20、第四电动调节阀21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29连通所述第三氧浓度传感器18、第一温度传感器6、第一氧浓度传感器7、第一碳氢化合物传感器8、第二碳氢化合物传感器10、第二氧浓度传感器11、第三温度传感器23、蓄电池管理模块27、第四温度传感器24、辅助电源28、第二温度传感器14之间的电路并采集对应数据。所述自动控制器29连通所述所述风机3、电加热器5、低温等离子反应器9、第一电动调节阀15、第二电动调节阀19、第三电动调节阀20、第四电动调节阀21。
根据所述第一温度传感器6探测到的气体温度来控制所示电加热器5的加热频率；根据所述第一氧浓度传感器7、第一碳氢化合物传感器8、第二碳氢化合物传感器10、第二氧浓度传感器11探测到的反应前后气体氧浓度及碳氢化合物浓度来控制所述第二电动调节阀19的开度以及所述低温等离子体反应器9的功率，以提高惰化效率。通过所述第二温度传感器14探测气体温度并将信号传输到所述自动控制器24；当温度大于给定值时，所述控制器24输出控制信号给所述第一电动调节阀15，使其关闭，以保证返回油箱进行惰化的气体温度低于规定值，保证油箱安全。所述温差发电控制模块25连通所述温差发电器22、蓄电池组26，将温差发电器22产生的电能储存在蓄电池组26中；通过所述蓄电池管理模块27将电能供给所述自动控制器29使用；所述自动控制器29利用所述蓄电池组26以及所述辅助电源28提供的电能维持惰化系统运行。
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。