專利名稱：帶壓縮泵的機載制氧-制氮耦合系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶壓縮泵的機載制氧-制氮耦合系統(tǒng)，它可應(yīng)用 于各種類型的軍用或民用飛機上，作為供氧防護救生及油箱惰性化安 全，保護措施的機載裝備。
背景技術(shù)：
為保證長時間的續(xù)航供氧，先進飛機己經(jīng)摒棄了傳統(tǒng)的氣氧、液 氧作為唯一供氧源的方法，而轉(zhuǎn)向采用機載制氧技術(shù)；與此同時，為 了提高現(xiàn)代飛機燃油系統(tǒng)的防火防爆能力，使燃油箱始終處于安全狀 態(tài)，要求對油箱進行惰性化處理，使得機載制氮技術(shù)應(yīng)運而生。在國 外，機載制氧、機載制氮技術(shù)已經(jīng)得到了較深入的研究，并開始應(yīng)用 于軍用機及民用機上。
當前機載制氧、機載制氮技術(shù)都趨于采用從飛機發(fā)動機壓氣機 (或環(huán)控系統(tǒng))中引氣，并利用現(xiàn)代空氣分離技術(shù)對其進行分離，來 分別制取高濃度的氧氣和氮氣。因此，如果能實現(xiàn)機載制氧-制氮系 統(tǒng)的耦合，以充分利用制氮(制氧)系統(tǒng)的排放氣體，則可大大地減 少從飛機發(fā)動機壓氣機的引氣量、并降低系統(tǒng)的總重量及體積，從而 大大提高飛機的機動性、戰(zhàn)斗性及生存能力。然而，由于機載制氧、 制氮系統(tǒng)對其工作條件、壓力、流量等技術(shù)參數(shù)的要求各不相同，有 時候甚至是相互沖突的，因此，要研制這樣的耦合系統(tǒng)需要一定的技 術(shù)創(chuàng)新。
早在1986年5月，美國利頓(LITTON)儀器公司的生命保障分 公司(ILSD)就承接了 V-22機載制氧、制氮綜合系統(tǒng)的研制任務(wù)。其 中，制氧系統(tǒng)將為四名機組人員提供呼吸所需要的氧氣，而制氮系統(tǒng) 則用以產(chǎn)生富氮氣體來惰化V-22飛機的13個油箱。同時，還要求該 綜合系統(tǒng)重量不能大于32.7kg。附圖1為利頓公司所采用的綜合系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)示意圖，附圖2是利頓公司對該系統(tǒng)申請歐洲專利時，所采用的系統(tǒng)原理圖。該綜合系統(tǒng)是建立在分子篩變壓吸附(PSA)空氣分離
技術(shù)基礎(chǔ)上的。其工作原理及流程是從飛機發(fā)動機壓氣機中的引氣 在經(jīng)過冷卻、穩(wěn)流、穩(wěn)壓等措施處理后，流入旋轉(zhuǎn)閥，并由該閥來控 制分配到兩個氮氣吸附床和兩個氧氣吸附床的空氣流量；通過分子篩 吸附床的變壓吸附/再生來進行空氣分離；所產(chǎn)生的富氮氣體通入油 箱，進行油箱惰性化保護；而富氧氣體直接供機組人員呼吸所用。由 于該綜合式系統(tǒng)充分利用了公共分配元件，如圖中所示的斷流閥、水 分離器、壓力調(diào)節(jié)器、旋轉(zhuǎn)閥等等，因此，它使得系統(tǒng)重量減少效果 十分明顯。該系統(tǒng)最終尺寸為0.66X0.46X0.26m，系統(tǒng)總重量為 27.4kg,而估算，具有同樣輸出的兩個獨立系統(tǒng)總重量將達36.3 38.1kg。
然而，就利頓公司所設(shè)計的綜合系統(tǒng)而言，它還存在著如下不足 第一，利頓公司所提出的系統(tǒng)還僅僅只是綜合了機載制氧、制氮系統(tǒng)， 而不是耦合。因此，它雖然可以通過共用一些部件來降低系統(tǒng)總重量， 但它還不能有效地降低對飛機發(fā)動機壓氣機的引氣量。第二，該系統(tǒng) 均采用分子篩變壓吸附空氣分離方法，雖然該方法也具有壽命長、重 量輕等優(yōu)點，但是與當前的中空纖維膜分離制氮方法比較，它還存在 著引氣量及環(huán)境和介質(zhì)溫度對分子篩組件性能影響較大、工作可靠性 較低等缺陷。因此，可以說，雖然美英等航空大國已經(jīng)對機載制氧、 制氮系統(tǒng)及技術(shù)開展了大量有價值的研究工作，且部分研究成果也成 功地應(yīng)用到了有關(guān)飛機機型上，但真正意義上的耦合系統(tǒng)還未見報 道。從可査閱的資料來看，它還僅僅處于將機載制氧、制氮系統(tǒng)綜合 的水平上，還沒有達到充分利用制氮(制氧)系統(tǒng)的排放氣體，實現(xiàn) 制氧、制氮系統(tǒng)耦合，減少飛機發(fā)動機壓氣機引氣量及進一步降低系 統(tǒng)重量的目標。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的飛機機載制氧、制氮綜合系統(tǒng)不能有效地減少發(fā) 動機壓氣機引氣量，系統(tǒng)復(fù)雜，工作可靠性低等不足，本發(fā)明提供一 種帶壓縮泵的機載制氧、制氮耦合系統(tǒng)，該耦合系統(tǒng)充分應(yīng)用了最新的機載制氮技術(shù)研究成果，它不僅具有美國利頓公司綜合系統(tǒng)所具有 的一切優(yōu)點；且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，更好地符合了機載制氧、 制氮系統(tǒng)的發(fā)展方向。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如圖3所示。在圖3中， 本發(fā)明以分子篩變壓吸附空氣分離系統(tǒng)作為機載制氧、中空纖維膜空 氣分離系統(tǒng)作為機載制氮方式，并充分考慮到制氧、制氮方式對壓力 的不同要求，應(yīng)用壓縮泵(2)，將膜分離制氮系統(tǒng)(7)的排放氣體 予以回收。其工作原理是，來自發(fā)動機壓氣機的引氣(1)在通過冷 卻、穩(wěn)流、穩(wěn)壓等技術(shù)措施后，進入膜分離制氮系統(tǒng)(7)，所制取 富氮氣體通入飛機油箱(6)，進行油箱惰性化保護。膜分離制氮系 統(tǒng)(7)產(chǎn)生的廢氣(富氧氣體)為壓縮泵(2)所吸收，經(jīng)由壓縮泵 (2)提升到適當?shù)膲毫χ岛罅魅敕肿雍Y制氧系統(tǒng)(3)制取富氧氣體， 作為氧氣輸出(5)，供機組人員呼吸所用。流出分子篩制氧系統(tǒng)(3) 的廢氣(4)直接排放大氣。
本發(fā)明的有益效果是系統(tǒng)減少了對發(fā)動機壓氣機引氣量的需 求；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、體積小、重量輕、符合機載設(shè)備的要 求。


下面結(jié)合附圖和實施實例對本發(fā)明進一步說明。
圖l是利頓公司機載制氧、制氮綜合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖l中l(wèi).引氣2.斷流閥3.溫度開關(guān)4.水分離器5.排水6.調(diào)壓
器7.電動機8.旋轉(zhuǎn)閥9.氧氣床IO.定徑孔ll.增壓室12.氧氣輸出
13.氮氣輸出14.單向閥15.氮氣床16.排氣17.通風(fēng)
圖2是利頓公司制氧一制氮綜合系統(tǒng)申請歐洲專利時所附原理圖。
圖2中l(wèi).引氣2.換熱器3.過濾水分離器4.機載制氮系統(tǒng) 5.油箱6.排氣7.流量控制器8.應(yīng)急氧氣9.呼吸罩IO.機載制
氧系統(tǒng)
圖3是本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖。
圖3中l(wèi).引氣2.壓縮泵3.分子篩制氧系統(tǒng)4.廢氣5.氧氣輸出6.油箱7.膜分離制氮系統(tǒng)
權(quán)利要求
1. 一種帶壓縮泵的機載制氧-制氮耦合系統(tǒng)，主要由制氧系統(tǒng)和制氮系統(tǒng)組成，其特征是以分子篩變壓吸附作為機載制氧、中空纖維膜空氣分離作為機載制氮方式；應(yīng)用壓縮泵(2)，將機載制氧方式和機載制氮方式耦合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶壓縮泵的機載制氧-制氮耦合系統(tǒng)， 其特征是壓縮泵(2)吸入膜分離制氮系統(tǒng)(7)所排放的富氧氣體， 并提升其壓力。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶壓縮泵的機載制氧-制氮耦合系統(tǒng)， 其特征是通過膜分離制氮系統(tǒng)(7)所制取的富氮氣體濃度、流量， 滿足油箱(6)惰性化要求。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶壓縮泵的機載制氧-制氮耦合系統(tǒng)，其特征是壓縮泵(2)所提供增壓氣體壓力、流量滿足分子篩制氧系統(tǒng)(3)要求。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶壓縮泵的機載制氧-制氮耦合系統(tǒng)，其特征是分子篩制氧系統(tǒng)(3)所產(chǎn)生的富氧氣體濃度、流量滿足機組人員呼吸要求。
全文摘要
一種帶壓縮泵的機載制氧-制氮耦合系統(tǒng)，它主要由分子篩變壓吸附空氣分離制氧系統(tǒng)、中空纖維膜空氣分離制氮系統(tǒng)及其它附件組成。該系統(tǒng)充分考慮了制氧、制氮方式對入口氣流壓力的不同要求，應(yīng)用壓縮泵，將制氮系統(tǒng)排放氣體予以回收。該系統(tǒng)可有效地減少對飛機發(fā)動機壓氣機引氣量的需求；且結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、體積小、重量輕，符合未來航空附件的發(fā)展方向及對機載設(shè)備的要求。
文檔編號C01B13/02GK101412501SQ200810194929
公開日2009年4月22日 申請日期2008年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月12日
發(fā)明者劉衛(wèi)華, 劉小芳, 汪明明 申請人:南京航空航天大學(xué)