CN108639361B - 一种联合等离子体和光催化技术的燃油箱惰化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种联合等离子体和光催化技术的燃油箱惰化装置,将油箱上部气相空间燃油蒸气和空气混合物通入包含有等离子体模块和光催化模块的反应器中,反应气体先在等离子体模块进行初步分解;然后在紫外光照射的条件下,碳氢化合物吸附于催化剂表面,与自由电子或空穴结合,发生氧化还原反应,碳氢化合物被进一步分解成CO2、H2O。反应后气体干燥后,富含氮气和CO2的气体流入油箱进行惰化,达到燃油箱防火防爆的目的。本发明具有运行费用低、整体结构简单、去除效率高、可在正常条件下操作等优点。
Description
技术领域
本发明属于航空***技术领域,涉及一种飞行器燃油箱惰化***,特别涉及一种联合等离子体和光催化技术的燃油箱惰化装置。
背景技术
现代飞机的安全问题一直以来受到社会的广泛关注,而燃油***燃烧、***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,美国空军受到地面火力攻击而损失数千架飞机,其中由于飞机油箱起火***导致机毁人亡的比例就高达50%。机舱安全研究技术小组(cabin safety research technical group,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***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***中,降低油箱上部气相空间氧气浓度可防止油箱起火***,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。
常见的飞行器油箱氧浓度控制技术主要有液氮惰化技术、Halon 1301惰化技术、分子筛技术、膜分离技术等。其中中空纤维膜制取富氮气体的机载制氮惰化技术(On-BoardInert Gas Generator System, 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,低温等离子技术在处理废气及垃圾等方面发展迅速,可应用到燃油箱惰化中。其净化过程中主要以气体放电的形式引发,一般认为,在等离子体体系中,强电场使电子加速获能。然后高能电子与 O2、H2O 等气体分子碰撞,并产生·O 和·OH 等活性自由基。当体系中有氧存在时,·OH 会快速地转变为 H2O。在这一过程中,气体中含有的碳氢化合物也会与高能电子碰撞,发生电离、解离或激发等一系列复杂的等离子体物理和化学反应,转化为CO2、H2O。但是等离子体技术有氧化不完全、能量利用率低和应用条件高等缺点。
光催化氧化法因其效益高、能耗小、不会出现二次污染等优点,在处理挥发性废气方面逐渐成熟。本发明将等离子体技术和光催化技术联合起来,应用于飞行器燃油箱惰化***,克服了两者的不足,具有运行费用低、整体结构简单、去除效率高、可在正常条件下操作等优点。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的中空纤维膜制氮效率低、价格昂贵、污染环境等缺点,提供了一种联合等离子体和光催化技术的燃油箱惰化装置,将油箱上部气相空间燃油蒸气和空气混合物通入到包含有等离子体模块和光催化模块的反应器中,反应气体先在等离子体模块进行初步分解;然后在紫外光照射的条件下,碳氢化合物吸附于催化剂表面,与自由电子或空穴结合,发生氧化还原反应,碳氢化合物被进一步分解成CO2、H2O。反应后气体干燥后,富含氮气和CO2的气体流入油箱进行惰化,达到燃油箱防火防爆的目的。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
一种联合等离子体和光催化技术的燃油箱惰化装置,其特征在于,包含油箱、第一阻火器、第一风机、过滤器、干燥器、反应器、第二风机、冷却器、水分离器、温度传感器、第一电动调节阀、止回阀、第二阻火器、氧浓度传感器、第三风机、第二电动调节阀、第三电动调节阀和自动控制器;
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;
所述油箱的气体出口、第一阻火器、第一风机的入口依次管道相连;
所述第一风机的出口分别和所述第二电动调节阀的出口、过滤器的入口管道相连;
所述过滤器的出口、干燥器、反应器、第二风机、冷却器的热侧通道、水分离器、温度传感器、第一电动调节阀、止回阀、第二阻火器、油箱的气体入口依次管道相连;其中,所述反应器用于消耗进入其内气体中的氧气进使得进入其内的气体中碳氢化合物分解为CO2和H2O后排出;
所述第三风机的入口接外部冲压空气,出口分别和所述第二电动调节阀的入口、第三电动调节阀的入口连接;
所述第三电动调节阀出口和所述冷却器冷侧通道的入口管道相连;
所述冷却器冷侧通道的出口用于将其内气体排至机外;
所述氧浓度传感器的探头伸入所述油箱内,用于测量所述油箱内气体的氧浓度,并将其传递给所述自动控制器;
所述自动控制器的电流输入端分别和所述温度传感器、氧浓度传感器电气相连,电流输出端分别和所述第一风机、反应器、第二风机、第一电动调节阀、第三风机、第二电动调节阀、第三电动调节阀电气相连。
作为本发明一种联合等离子体和光催化技术的燃油箱惰化装置进一步的优化方案,所述反应器包含壳体、等离子单元、灯光单元、催化剂单元和第四风机;
所述壳体将等离子单元、灯光单元、催化剂单元、第四风机包含在内;
所述等离子单元用于对进入其内的气体进行初步分解,消耗进入其内气体中的氧气,将进入其内的气体中一部分碳氢化合物分解为CO2和H2O;
所述灯光单元用于发射紫外光照射到催化剂单元上;
所述催化剂单元用于在紫外光照射的条件下,消耗进入其内气体中的氧气,将进入其内的气体剩余的碳氢化合物进一步分解为CO2和H2O;
所述第四风机放置在所述壳体的内壁上,用于扰流、使得碳氢化合物分解更充分。
本发明的有益效果如下:
本发明将油箱上部气相空间燃油蒸气和空气混合物通入包含有等离子体模块和光催化模块的反应器中,将燃油蒸气分解为二氧化碳和水并消耗氧气;干燥后的富氮气体通入油箱进行冲洗惰化;***具有运行费用低、整体结构简单、去除效率高、可在正常条件下操作等优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明中反应器的结构示意图。
图中,1-油箱,2-第一阻火器,3-第一风机,4-过滤器,5-干燥器,6-反应器,7-第二风机,8-冷却器,9-水分离器,10-温度传感器,11-第一电动调节阀,12-止回阀,13-第二阻火器,14-氧浓度传感器,15-第三风机,16-第二电动调节阀,17-第三电动调节阀,18-自动控制器,19-壳体,20-等离子单元,21-灯光单元,22-催化剂单元,23-第四风机。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。以下所述仅为本发明一部分实施例,非全部实施例。基于本发明实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1所示,本发明公开了一种联合等离子体和光催化技术的燃油箱惰化装置,其特征在于,包含油箱1、第一阻火器2、第一风机3、过滤器4、干燥器5、反应器6、第二风机7、冷却器8、水分离器9、温度传感器10、第一电动调节阀11、止回阀12、第二阻火器13、氧浓度传感器14、第三风机15、第二电动调节阀16、第三电动调节阀17和自动控制器18;
所述油箱1包含气体出口和气体入口,所述自动控制器18包含电流输入端和电流输出端;
所述油箱1的气体出口、第一阻火器2、第一风机3的入口依次管道相连;
所述第一风机3的出口分别和所述第二电动调节阀16的出口、过滤器4的入口管道相连;
所述过滤器4的出口、干燥器5、反应器6、第二风机7、冷却器8的热侧通道、水分离器9、温度传感器10、第一电动调节阀11、止回阀12、第二阻火器13、油箱1的气体入口依次管道相连;其中,所述反应器6用于消耗进入其内气体中的氧气进使得进入其内的气体中碳氢化合物分解为CO2和H2O后排出;
所述第三风机15的入口接外部冲压空气,出口分别和所述第二电动调节阀16的入口、第三电动调节阀17的入口连接;
所述第三电动调节阀17出口和所述冷却器8冷侧通道的入口管道相连;
所述冷却器8冷侧通道的出口用于将其内气体排至机外;
所述氧浓度传感器14的探头伸入所述油箱1内,用于测量所述油箱1内气体的氧浓度,并将其传递给所述自动控制器18;
所述自动控制器18的电流输入端分别和所述温度传感器10、氧浓度传感器14电气相连,电流输出端分别和所述第一风机3、反应器6、第二风机7、第一电动调节阀11、第三风机15、第二电动调节阀16、第三电动调节阀17电气相连。
如图2所示,所述反应器6包含壳体19、等离子单元20、灯光单元21、催化剂单元22和第四风机23;
所述壳体19将等离子单元20、灯光单元21、催化剂单元22、第四风机23包含在内;
所述等离子单元20用于对进入其内的气体进行初步分解,消耗进入其内气体中的氧气,将进入其内的气体中一部分碳氢化合物分解为CO2和H2O;
所述灯光单元21用于发射紫外光照射到催化剂单元22上;
所述催化剂单元22用于在紫外光照射的条件下,消耗进入其内气体中的氧气,将进入其内的气体剩余的碳氢化合物进一步分解为CO2和H2O;
所述第四风机23放置在所述壳体19的内壁上,用于扰流、使得碳氢化合物分解更充分。
本发明的工作过程如下:
1)催化分解过程
油箱1上部气相空间燃油蒸气和空气的混合气体在所述第一风机3的抽吸作用下,通过第一阻火器2、第一风机3后,与流过第二电动调节阀16冲压空气混合,以调节氧气和燃油蒸气在合适的比例;由于相对湿度对光催化降解影响较大,混合气体在所述过滤器4过滤掉杂质后,进入干燥器5中进行干燥;干燥的气体进入反应器6中被催化降解,碳氢化合物被分解并消耗氧气,产生CO2和H2O;
如图2所示,所述反应器6主要包含壳体19、等离子单元20、灯光单元21、催化剂单元22、第四风机23;反应气体先在等离子体模块进行初步分解;然后进入光催化部分,所述催化部分包含灯光单元21和催化剂单元22;在紫外光照射的条件下,碳氢化合物吸附于催化剂表面,与自由电子或空穴结合,发生氧化还原反应,碳氢化合物被进一步分解成CO2、H2O;
所述第三风机15出口的冲压空气分为两股,其一股流经第二电动调节阀16后,与来自油箱的气体混合,参与催化反应;其二股流经第三电动调节阀17后,进入所述冷却器冷侧通道对反应后气体进行冷却,随后排出机外;
2)惰化过程
所述反应器6出口的富氮气体,在所述第二风机7的抽吸作用下,流过冷却器8被冲压空气冷却;紧接着在水分离器9中排出凝结水;依次流经温度传感器10、第一电动调节阀11、止回阀12、第二阻火器13后,流入所述油箱1进行冲洗惰化;
3)数据采集及控制过程
所述氧浓度传感器14通过探杆探测所述油箱1上部气相空间氧浓度并将信号传输到所述自动控制器18;当氧浓度大于给定值时,所述自动控制器18输出控制信号连通所述第一风机3、反应器6、第二风机7、第一电动调节阀11、第三风机15、第二电动调节阀16、第三电动调节阀17,***开始工作;当氧浓度小于给定值时,***停止工作;
所述温度传感器10测得干燥的富氮气体温度,并将信号传输到所述自动控制器18;当温度大于给定值时,所述自动控制器18输出控制信号关闭所述第一电动调节阀11,以防止高温气体进入油箱,保证油箱安全。
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。
Claims (1)
1.一种联合等离子体和光催化技术的燃油箱惰化装置,其特征在于,包含油箱(1)、第一阻火器(2)、第一风机(3)、过滤器(4)、干燥器(5)、反应器(6)、第二风机(7)、冷却器(8)、水分离器(9)、温度传感器(10)、第一电动调节阀(11)、止回阀(12)、第二阻火器(13)、氧浓度传感器(14)、第三风机(15)、第二电动调节阀(16)、第三电动调节阀(17)和自动控制器(18);
所述油箱(1)包含气体出口和气体入口,所述自动控制器(18)包含电流输入端和电流输出端;
所述油箱(1)的气体出口、第一阻火器(2)、第一风机(3)的入口依次管道相连;
所述第一风机(3)的出口分别和所述第二电动调节阀(16)的出口、过滤器(4)的入口管道相连;
所述过滤器(4)的出口、干燥器(5)、反应器(6)、第二风机(7)、冷却器(8)的热侧通道、水分离器(9)、温度传感器(10)、第一电动调节阀(11)、止回阀(12)、第二阻火器(13)、油箱(1)的气体入口依次管道相连;其中,所述反应器(6)用于消耗进入其内气体中的氧气进使得进入其内的气体中碳氢化合物分解为CO2和H2O后排出;
所述第三风机(15)的入口接外部冲压空气,出口分别和所述第二电动调节阀(16)的入口、第三电动调节阀(17)的入口连接;
所述第三电动调节阀(17)出口和所述冷却器(8)冷侧通道的入口管道相连;
所述冷却器(8)冷侧通道的出口用于将其内气体排至机外;
所述氧浓度传感器(14)的探头伸入所述油箱(1)内,用于测量所述油箱(1)内气体的氧浓度,并将其传递给所述自动控制器(18);
所述自动控制器(18)的电流输入端分别和所述温度传感器(10)、氧浓度传感器(14)电气相连,电流输出端分别和所述第一风机(3)、反应器(6)、第二风机(7)、第一电动调节阀(11)、第三风机(15)、第二电动调节阀(16)、第三电动调节阀(17)电气相连;
所述反应器(6)包含壳体(19)、等离子单元(20)、灯光单元(21)、催化剂单元(22)和第四风机(23);
所述壳体(19)将等离子单元(20)、灯光单元(21)、催化剂单元(22)、第四风机(23)包含在内;
所述等离子单元(20)用于对进入其内的气体进行初步分解,消耗进入其内气体中的氧气,将进入其内的气体中一部分碳氢化合物分解为CO2和H2O;
所述灯光单元(21)用于发射紫外光照射到催化剂单元(22)上;
所述催化剂单元(22)用于在紫外光照射的条件下,消耗进入其内气体中的氧气,将进入其内的气体剩余的碳氢化合物进一步分解为CO2和H2O;
所述第四风机(23)放置在所述壳体(19)的内壁上,用于扰流、使得碳氢化合物分解更充分。
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