[发明专利]一种催化重整惰化飞行器燃油箱的系统及其工作方法

说明书

本发明公开了一种催化重整惰化飞行器燃油箱的系统及其工作方法，该系统将燃油箱上部气相空间燃油蒸气和空气混合物抽吸干燥后通过压缩机压缩并冷凝后析出液态燃油，剩余混合气体通过回热和电加热后进入催化重整反应器在催化剂作用下反应生成二氧化碳和氢气，反应生成物经分离后，二氧化碳和未参与反应的氮气经回热器和节流阀降温减压后进入燃油箱气相空间进行惰化，氢气则进入氢燃料电池发电为系统提供电能。本系统通过氧浓度传感器和控制开关实现可控自动运行，具有结构简单，能量利用率高，惰化效率高，无环境污染等优点。

技术领域：

本发明涉及一种催化重整惰化飞行器燃油箱的系统及其工作方法，其属于防火防爆领域。

背景技术：

飞机燃油箱起火爆炸是引起飞机失事的主要原因，因此对所有民用和军用飞机燃油箱防火防爆系统设计和安装提出了更高的要求。油箱起火必备三个条件：可燃物(燃油蒸气)、助燃剂(氧气)、点火源。在油箱气相空间中，燃油蒸气时刻存在，对于民用飞机存在点火源有雷电，静电，明火等，对于军用飞机尤其战争期间，点火源有各种轻型武器以及地对空导弹等产生点火源，因此在飞机油箱保护研究中，减少助燃剂(氧气)的存在是一种高效安全的防火防爆方法。

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。燃油箱惰化方式可分为主动式及被动式。

主动式为机载制氮惰化系统(如美国专利申请US20120325811 A1)，即利用机载惰化系统产生惰性气体，并通入燃油箱气相空间，降低氧气浓度，达到防火防爆的目的。目前应用最为广泛的是机载中空纤维膜制氮系统(OBIGGS,On-Board Inert Gas Generationsystem)。被动式为携带储气钢瓶产生氮气和二氧化碳等惰性气体达到惰化的目的。

但是从国内外应用惰化系统来看，无论是主动式还是被动式都存在很多问题。机载中空纤维膜制氮系统存在如下问题，1)制氮效率低下，如伊顿公司研制的中空纤维膜制氮惰化系统每生产1kg浓度为98％的氮气则所需引气量将达到10kg。2)引气压力高，空气通过中空纤维膜制取高浓度氮气需从飞机发动机引气，使发动机性能降低，而对于直升机等小型飞行器则不能提供制氮所需高压空气。3)惰化过程中氮气直接置换燃油箱上部气相空间氧气的同时将燃油蒸气直接排到大气环境，引起环境污染等。而罐装液氮或干冰则增加飞机载重，且需人工充注，影响飞行效率。

近年来，国内外一些公司和研究机构还在进行采用催化燃烧方法来消耗油箱气相空间的氧气和可燃蒸汽从而降低油箱可燃风险的方法，但是燃烧后的生成物温度较好，且含有大量的水蒸气，因此需要进行冷却，而冷却时水蒸气转换成液态水释放出大量的热量需要由流经换热器的冷却介质，例如冲压空气或燃油等带走，故此极大程度上增加了设备的体积和重量。

催化重整技术是在催化剂(如贵金属铂、铼和酸性组分)的作用下，对燃油馏分中的烷烃、环烷烃和芳香烃等分子结构进行重新排列生成新的分子结构并脱氢产生氢气。在飞行器燃油箱惰化系统中利用催化重整技术使油箱上部气相空间混合气体在反应器中进行催化重整反应，最终生成二氧化碳和氢气。在催化剂作用下反应速率快，且反应过程中不产生水，无需对反应生成气安装除水装置，降低了系统的复杂程度，生成氢气利用氢燃料电池供电，使整个系统具有高效节能，对环境无污染的作用。

发明内容：

本发明的目的在于克服中空纤维膜制氮效率低、价格昂贵、污染环境、系统复杂等缺点，同时避免了催化燃烧时温度高且冷却时水蒸气释放大量热量的缺点，故此本发明基于催化重整技术，提供一种催化重整惰化飞行器燃油箱的系统及其工作方法。