[發明專利]帶膨脹機的機載制氧?制氮耦合系統及方法

在審

• 申請號: 201711391418.X
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN107840315A
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 彭孝天;馮詩愚;李超越;邵磊;劉衛華
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: C01B21/04
• 分類號: C01B21/04;C01B13/02
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所32237
• 代理人: 賀翔

1.帶膨脹機的機載制氧-制氮耦合系統，包括發動機引氣以及沖壓空氣，其特征在于:

發動機引氣依次經過溫度傳感器（1）、第一電動控制閥（2）、文丘里穩壓器（3）、第一流量傳感器（4）后與第一換熱器（5）的熱側通道入口相連；

所述第一換熱器（5）熱側通道出口分成兩路，一路與膨脹機（6）入口相連、另一路與第一壓縮機（7）入口相連接；所述膨脹機（6）其一出口以及沖壓空氣與第一換熱器（5）冷側通道入口連接；所述第一換熱器（5）冷側通道出口通過管道排至機外；所述膨脹機（6）其二出口經過第一壓縮機（7）驅動通道后與第二壓縮機（11）的驅動通道入口相連；第一壓縮機（7）出口依次經過第二換熱器（8）熱側通道、中空纖維膜制氮系統（9）后與第二流量傳感器（10）的一端相連；

所述第二流量傳感器（10）另一端通過管道與飛機油箱連接；所述第二換熱器（8）冷側通道入口通過管道與沖壓空氣連接；所述第二換熱器（8）冷側通道出口通過管道排出機外；所述中空纖維膜制氮系統（9）廢氣出口經過第二壓縮機（11）后與第三換熱器（12）熱側通道入口相連；所述第三換熱器（12）冷側通道入口通過管道與沖壓空氣連接；所述第三換熱器（12）冷側通道出口通過管道排出機外；

所述第三換熱器（12）熱側通道出口分成兩路，一路經過第二電動控制閥（13）后與第一分子篩制氧系統（14）入口連接；另一路經過第三電動控制閥（15）后與第二分子篩制氧系統（16）入口連接；所述第一分子篩制氧系統（14）出口以及第二分子篩制氧系統（16）出口并聯后，經過第三流量傳感器（17）通過管道流入座艙或駕駛艙；

所述溫度傳感器（1）、第一流量傳感器（4）、第二流量傳感器（10）、第三流量傳感器（17）通過電纜并聯并與自動控制器（18）電流輸入端連接；自動控制器（18）電流輸出端通過電纜分別與所述第一電動控制閥（2）、第二電動控制閥（13）、第三電動控制閥（15）電流輸入端連接。

2.根據權利要求1所述的帶膨脹機的機載制氧-制氮耦合系統的方法，其特征在于包括以下過程:

1）制氮過程：來自發動機壓氣機的引氣流過溫度傳感器（1）、第一電動控制閥（2）后，在文丘里穩壓器（3）中穩定、穩壓；穩定流動的氣體流過第一流量傳感器（4），在第一換熱器（5）中被沖壓空氣冷卻，然后分成兩股；一股氣體給膨脹機（6）做功來驅動第一壓縮機（7）和第二壓縮機（11）；另一股氣體在第一壓縮機（7）中被壓縮升壓，然后在第二換熱器（8）中被沖壓空氣冷卻；冷卻后的氣體通過中空纖維膜制氮系統（9），制取富氧氣體，富氧氣體通入飛機油箱進行惰化；

2）制氧過程：中空纖維膜制氮系統（9）中的排放廢氣在第二壓縮機（11）中被壓縮；高溫高壓氣體在第三換熱器（12）中被冷卻后流入第一分子篩制氧系統（14）和第二分子篩制氧系統（16）；流出分子篩的廢氣直接排放大氣；富氧氣體通過第三流量傳感器（17）后流入座艙或駕駛艙，作為氧氣輸出，供機組人員呼吸所用；設置第一分子篩制氧系統（14）、第二分子篩制氧系統（16），通過控制第二電動控制閥（13）、第三電動控制閥（15）的開閉進行切換，提高制氧效率；

3）數據采集及控制過程：

所述溫度傳感器（1）探測發動機引氣的溫度并將信號傳輸到所述自動控制器（18）；當溫度大于給定值時，自動控制器（18）輸出控制信號給所述第一電動控制閥（2），將其關閉；所述第一流量傳感器（4）、第二流量傳感器（10）、第三流量傳感器（17）探測氣體流量并將信號傳輸到所述自動控制器（18）進行分析判斷系統工作狀況；所述自動控制器（18）通過控制所述第二電動控制閥（13）、第三電動控制閥（15）的開閉使兩套分子篩制氧系統切換工作。