[實(shí)用新型]一種結(jié)合磁致分離與膜分離技術(shù)的機(jī)載制氧-制氮系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201820880334.6
• 申請(qǐng)日: 2018-06-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN208532227U
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭孝天;馮詩(shī)愚;李超越;王晨臣;劉衛(wèi)華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B13/02
• 分類號(hào): C01B13/02;C01B21/04
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 賀翔

本實(shí)用新型公開(kāi)了一種結(jié)合磁致分離與膜分離技術(shù)的機(jī)載制氧?制氮系統(tǒng)，將磁致分離與傳統(tǒng)的膜分離技術(shù)相結(jié)合，在氧氮選擇性透過(guò)膜中加入銣、Fe₂O₃和Fe₃O₄等導(dǎo)磁介質(zhì)顆粒，超順磁行聚合物中的導(dǎo)磁微粒在磁場(chǎng)作用下被磁化并按磁力線排列，加強(qiáng)了外部磁場(chǎng)的作用，空氣通過(guò)時(shí)，這些微粒作為磁性元件吸引了氧，從而提高了氧氮選擇性。另外通過(guò)兩套分離裝置并聯(lián)切換工作，實(shí)現(xiàn)氧、氮的連續(xù)輸出，提高了氧氮分離效率。而且空氣預(yù)處理簡(jiǎn)單，可直接使用常溫常壓的環(huán)境空氣。本實(shí)用新型具有裝置簡(jiǎn)單，操作方便，壽命長(zhǎng)、分離效率高、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于航空系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種機(jī)載制氧-制氮耦合系統(tǒng)，特別涉及一種結(jié)合磁致分離與膜分離技術(shù)的機(jī)載制氧-制氮系統(tǒng)。

背景技術(shù)

為保證長(zhǎng)時(shí)間的續(xù)航供氧，先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)已經(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)向了采用機(jī)載制氧技術(shù)。它以取之不盡的空氣作為供氧源，通過(guò)機(jī)載設(shè)備對(duì)空氣的分離，來(lái)滿足機(jī)組人員呼吸用氧的需要。因此，它徹底改變了飛機(jī)續(xù)航時(shí)間受制于機(jī)載氧源的局面，給航空供氧系統(tǒng)帶來(lái)了革命性的變化。不僅僅如此，機(jī)載制氧技術(shù)還大大降低了后勤保障的難度，減小了飛機(jī)的代償損失。目前，機(jī)載制氧技術(shù)已經(jīng)成為第三代和第四代戰(zhàn)斗機(jī)供氧防護(hù)救生的重要性能標(biāo)志之一。

與此同時(shí)，飛機(jī)燃油系統(tǒng)起火或爆炸是引起飛機(jī)失事的主要原因之一，飛機(jī)燃油系統(tǒng)的防火防爆能力，不僅直接關(guān)系到飛機(jī)生存力和易損性，同時(shí)也關(guān)系到飛機(jī)的利用率、成本以及人員安全。因此，如何提高油箱的防火防爆能力，也就成為了人們極為關(guān)注的研究問(wèn)題。特別是隨著飛行速度及性能的提高，它所帶來(lái)的氣動(dòng)加熱與電子設(shè)備熱負(fù)荷的增大，使得現(xiàn)代軍用機(jī)將普遍趨于采用燃油綜合熱管理技術(shù)，進(jìn)一步導(dǎo)致燃油溫度上升，增加飛機(jī)油箱起火爆炸的概率。因此，對(duì)于現(xiàn)代軍用機(jī)，迫切需要采用有效措施，使得飛機(jī)燃油箱始終處于安全狀態(tài)，即提高燃油系統(tǒng)的防火防爆能力。為滿足該需要，提高燃油箱的防火防爆能力的油箱惰化技術(shù)的具體措施——機(jī)載制氮技術(shù)也就應(yīng)運(yùn)而生了。

由此可見(jiàn)，機(jī)載制氧、機(jī)載制氮都是現(xiàn)代軍用機(jī)發(fā)展所必須采用的新技術(shù)，它也體現(xiàn)了當(dāng)前機(jī)載設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)。就當(dāng)前機(jī)載制氧、機(jī)載制氮技術(shù)研究及應(yīng)用現(xiàn)狀而言，它們都趨于采用從飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)（或環(huán)控系統(tǒng)）中引氣，并利用現(xiàn)代分離技術(shù)對(duì)其進(jìn)行分離，來(lái)制取高濃度的氧氣和富氮?dú)怏w。且機(jī)載制氧和機(jī)載制氮系統(tǒng)均為獨(dú)立系統(tǒng)，分別從發(fā)動(dòng)機(jī)引氣生成所需的氧氮?dú)怏w，由于分離效率的限制，所得的產(chǎn)品氣僅占全部引氣量的一小部分，大多氣體被作為廢氣排出，因此總引氣量很大，造成較大的代償損失。

磁致空氣分離是一種新興的空氣分離方法，它主要利用氧氮?dú)怏w的磁化率差異實(shí)現(xiàn)分離。空氣中，氧氣為順磁性氣體，其磁化率是常見(jiàn)氣體中最大的。氮為抗磁性氣體，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，氧氣的磁化率絕對(duì)值約為氮?dú)獾?50倍。由于氧氮分子巨大的磁化率差異，其在梯度跑場(chǎng)中將受到方向相反的磁化為作用，進(jìn)而形成不同的分子擴(kuò)散行為，這成為了磁致空氣分離的基礎(chǔ)。因此利用磁致分離技術(shù)僅通過(guò)一個(gè)系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)制氧、制氮。

本實(shí)用新型中將磁致分離與傳統(tǒng)的膜分離技術(shù)相結(jié)合，在氧氮選擇性透過(guò)膜中加入銣、Fe₂O₃和Fe₃O₄等導(dǎo)磁介質(zhì)顆粒，超順磁行聚合物中的導(dǎo)磁微粒在磁場(chǎng)作用下被磁化并按磁力線排列，加強(qiáng)了外部磁場(chǎng)的作用，這些微粒作為磁性元件吸引了氧，從而提高了氧氮選擇性。通過(guò)該系統(tǒng)得到的富氮?dú)怏w被用于油箱惰化，富氧氣體處理后用來(lái)滿足機(jī)組人員呼吸用氧的需要。

實(shí)用新型內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有的飛機(jī)機(jī)載制氧、制氮系統(tǒng)不能有效地減少發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)引氣量，系統(tǒng)復(fù)雜，工作可靠性低等不足，本實(shí)用新型提供了一種新型機(jī)載制氧、制氮耦合系統(tǒng)，它結(jié)合了磁致分離與膜分離技術(shù)，將空氣中的氧氣和氮?dú)夥蛛x出來(lái)。而且空氣預(yù)處理簡(jiǎn)單，可直接使用常溫常壓的環(huán)境空氣；另外設(shè)置兩套分離裝置并聯(lián)切換工作，實(shí)現(xiàn)氧氮?dú)怏w的連續(xù)輸出，具有裝置簡(jiǎn)單，操作方便，壽命長(zhǎng)、分離效率高、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。