一种空气分离惰化汽车油箱装置及其工作方法技术领域：
本发明涉及一种汽车油箱惰化装置，特别涉及一种空气分离惰化汽车油箱装置及
其工作方法，其属于防火防爆技术领域。
背景技术：
汽车油箱存在点火源的情况下极易发生燃烧爆炸，对民用汽车有撞击、雷电、静
电、明火、枪击等因素，而对于军用特种车辆容易受炮火攻击，条件更加恶劣，因此研发针对
车辆的油箱在受到意外事故情况下不发生燃烧、爆炸或者燃烧不可持续的防火抑爆装置对
提高驾驶安全，减少事故发生具有极大意义。
目前对于车辆油箱防火防爆措施主要分为被动式和主动式。
被动式为填充式阻隔防爆技术，即通过在油箱内填充金属或非金属阻隔防爆材料
来达到预防装置发生火灾或爆炸事故的技术(如中国专利CN200510067976和
CN200510070624)。目前国外有多家公司依然在生产金属阻隔防爆产品，包括奥地利的
eXess，加拿大的explosafe，美国的Deto-Stop，奥利地的EXCO，美国的Firexx等，这些产品
在欧美国家的军工领域应用较为广泛，主要包括战斗机、坦克和装甲车的油箱，我国对金属
防爆材料的研究比国外起步要晚，经过多年研究，上海华篷防爆科技有限公司和汕头华安
防爆科技有限公司经过多年努力，共同研发了金属阻隔防爆材料，目前正在国内外危险化
学品储运领域进行推广应用。但是，填充阻隔防爆产品会侵占油箱容积，特别是一旦有碎屑
进入发动机输油系统，会造成发动机熄火等故障，可靠性较低，且网状金属材料的填充会给
油品储运装置增加额外的重量(约32kg/m3)，而网状非金属材料的填充会占有约2.5％的油
品体积，同时增加了油品的滞留体积。
主动式即为油箱主动惰化方式，其通过向油箱中注入惰化气体主动控制油箱上部
无油空间的氧浓度，来达到阻止燃烧进行的防火抑爆目的，常用的惰化气体主要有N2、CO2
和哈龙1301等。通过几十年的发展，目前机载燃油箱制氮惰化技术已经成为了当代军机首
选的方式，目前在军用C-17“环球霸王”运输机、F-22“猛禽”战斗机、F-35“闪电”联合攻击战
斗机、J-20“威龙”隐形战机，民用波音737、波音787、空客A320、C919中型科技、新舟700支线
客机等各类飞机得到广泛应用，作为第三代防火隔爆技术，已经全面取代油箱内填充防爆
材料或携带液氮/气氮的惰化技术。
空气分离惰化其核心技术就是膜分离技术，将引入的气体进行限流、降温、除杂等
预先处理，再经过中空纤维膜空气分离装置将氧氮分离，形成适合油箱惰化的富氮气体，最
后经过分配系统将富氮气体输送到指定的油箱气相空间内进行惰化，使其达到可燃极限以
下。
发明内容：
本发明的目的在于克服汽车油箱被动填充式阻隔防爆材料侵占油箱空间、重量
大、对汽车燃油系统产生影响等缺点，基于机载中空纤维膜制氮惰化，提供一种空气分离惰
化汽车油箱装置及其工作方法，保障人员和车辆安全。
本发明采用如下技术方案：一种空气分离惰化汽车油箱装置，包括空气滤清器、换
热器、除水器、中空分离膜、冷凝器、排气阀、直流无刷电机、压差传感器、控制器、氧浓度传
感器以及汽车发动机，换热器上连接有热侧通道和冷侧通道，除水器上设有气体入口和气
体出口，中空分离膜上设有空气进口、富氧气体出口以及富氮气体出口，冷凝器上连接有热
通道和冷通道，冷凝器上设有冷凝油出口，所述空气滤清器与排气阀之间通过管道依次连
接有气体压缩机、第一止回阀、换热器的热侧通道、温度传感器、除水器、中空分离膜的空气
进口和富氮气体出口、气体流量计、可调阀、油箱、冷凝器的热通道，所述第一止回阀与换热
器之间通过三通管道连接有泄压阀，换热器的冷侧通道安装有风机，所述压差传感器高压
侧与除水器气体入口连接，低压侧与除水器气体出口连接，所述氧浓度传感器固定安装于
油箱顶部，冷凝器冷通道为空气，冷凝器冷凝油出口与油箱之间连接有第二止回阀，所述中
空分离膜富氮气体出口离开的气体进入油箱上部惰气入口，中空分离膜富氧气体出口与汽
车发动机通过管道连接，排气阀出口与大气相通，泄压阀出口与大气相通，所述气体压缩机
由直流无刷电机驱动，温度传感器、压差传感器、气体流量计及氧浓度传感器的输出信号端
均通过信号电缆与控制器连接，控制器通过控制电缆与直流无刷电机、泄压阀、风机、可调
阀及排气阀连接。
进一步地，还包括有洗涤喷射器，所述油箱底部燃油出口至洗涤喷射器燃油入口
之间通过管道连接有油泵，所述洗涤喷射器出口在油箱底部最低液面处，所述可调阀上设
有富氮气体出口，可调阀富氮气体出口与所述洗涤喷射器气体入口连接。
进一步地，所述中空分离膜富氮气体出口与气体流量计之间连接有涡轮膨胀机，
所述涡轮膨胀机与气体压缩机相连接。
进一步地，所述中空分离膜所用材料为聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、
聚砜或者嗅化聚苯醚。
进一步地，所述除水器为冷却式去除气体中水蒸气的设备。
进一步地，所述除水器为电子冷凝式去除气体中水蒸气的设备。
进一步地，所述油箱为民用汽车油箱和军用汽车油箱。
本发明还采用如下技术方案：一种空气分离惰化汽车油箱装置的工作方法，包括
如下步骤：
(1)工作状态---当氧浓度传感器检测油箱内氧气浓度处于可燃极限以上，通过氧
浓度传感器输出信号端传送到控制器，控制器控制直流无刷电机驱动气体压缩机开始工
作，温度传感器、压差传感器、气体流量计及氧浓度传感器输出信号端传输信号至控制器，
控制器通过控制电缆控制直流无刷电机、泄压阀、风机、可调阀及排气阀，使空气分离惰化
汽车油箱装置按照油箱实际需要生产所需富氮气体流量，减少燃油消耗量。
(2)停止状态---当氧浓度传感器检测油箱内氧气浓度处于可燃极限以下，通过氧
浓度传感器输出信号端传送到控制器，控制器通过控制电缆控制直流无刷电机停止工作，
气体压缩机同时停止工作，空气分离惰化汽车油箱装置处于停止状态。
本发明具有如下有益效果：本发明通过空气分离惰化汽车油箱装置，利用中空分
离膜制取富氮气体用于填充和转换油箱上部氧气，使其氧浓度处于可燃极限以下。相较于
填充式阻隔防爆装置，本系统具有系统流程简单、体积小、重量轻、可靠性高、对汽车自身燃
油系统无影响、自动运行等优点。
附图说明：
图1为实施例1的空气分离惰化汽车油箱装置图。
图2为实施例2的采用喷射器洗涤燃油的空气分离惰化汽车油箱装置流程示意图。
图3为实施例3的加装涡轮膨胀机的空气分离惰化汽车油箱装置流程示意图。
其中：
1、空气滤清器，2、气体压缩机，3、第一止回阀，4、换热器，5、温度传感器，6、除水
器，7、中空分离膜，8、气体流量计，9、可调阀，10、油箱，11、第二止回阀，12、冷凝器，13、排气
阀，14、直流无刷电机，15、泄压阀，16、风机，17、压差传感器，18、控制器，19、氧浓度传感器，
20、汽车发动机，21、洗涤喷射器，22、油泵，101、涡轮膨胀机。
具体实施方式：
下面将参考附图并结合实施例，来详述本发明的结构特点及技术实施过程。
1)实施例1：
图1是本发明空气分离惰化汽车油箱装置，包括空气滤清器1、换热器4、除水器6、
中空分离膜7、冷凝器12、排气阀13、直流无刷电机14、压差传感器17、控制器18、氧浓度传感
器19以及汽车发动机20，换热器4上连接有热侧通道和冷侧通道，除水器6上设有气体入口
和气体出口，中空分离膜7上设有空气进口、富氧气体出口以及富氮气体出口，冷凝器12上
连接有热通道和冷通道，冷凝器12上设有冷凝油出口。空气滤清器1与排气阀13之间通过管
道依次连接有气体压缩机2、第一止回阀3、换热器4的热侧通道、温度传感器5、除水器6、中
空分离膜7的空气进口和富氮气体出口、气体流量计8、可调阀9、油箱10、冷凝器12的热通
道。第一止回阀3与换热器4之间通过三通管道连接有泄压阀15，换热器4的冷侧通道安装有
风机16。压差传感器17高压侧与除水器6气体入口连接，低压侧与除水器6气体出口连接。氧
浓度传感器19固定安装于油箱顶部，冷凝器12冷通道为空气，冷凝器12冷凝油出口与油箱
10之间连接有第二止回阀11。中空分离膜7富氮气体出口离开的气体进入油箱10上部惰气
入口，中空分离膜7富氧气体出口与汽车发动机20通过管道连接，排气阀13出口与大气相
通，泄压阀15出口与大气相通。其中气体压缩机2由直流无刷电机14驱动，温度传感器5、压
差传感器17、气体流量计8及氧浓度传感器19的输出信号端均通过信号电缆与控制器18连
接，控制器18通过控制电缆与直流无刷电机14、泄压阀15、风机16、可调阀9及排气阀13连
接。
中空分离膜7所用材料为聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜或者嗅化
聚苯醚。
除水器6为冷却式去除气体中水蒸气的设备或者电子冷凝式去除气体中水蒸气的
设备。
油箱10民用汽车油箱和军用汽车油箱。
本实施例空气分离惰化汽车油箱装置的工作方法，其包含两个状态，具体过程如
下：
(1)工作状态---当氧浓度传感器19检测油箱10内氧气浓度处于可燃极限以上，通
过氧浓度传感器19输出信号端传送到控制器18，控制器18控制直流无刷电机14驱动气体压
缩机2开始工作，温度传感器5、压差传感器17、气体流量计8及氧浓度传感器19输出信号端
传输信号至控制器18，控制器18通过控制电缆控制直流无刷电机14、泄压阀15、风机16、可
调阀9及排气阀13，使空气分离惰化汽车油箱装置按照油箱实际需要生产所需富氮气体流
量，减少燃油消耗量。
(2)停止状态---当氧浓度传感器19检测油箱10内氧气浓度处于可燃极限以下，通
过氧浓度传感器19输出信号端传送到控制器18，控制器18通过控制电缆控制直流无刷电机
14停止工作，气体压缩机2同时停止工作，空气分离惰化汽车油箱装置处于停止状态。
2)实施例2：
图2为实施例2中采用喷射器洗涤燃油的空气分离惰化汽车油箱装置流程示意图，
本实施例中油箱10底部燃油出口至洗涤喷射器21燃油入口之间通过管道连接有油泵22，洗
涤喷射器21出口在油箱10底部最低液面处，中空分离膜7富氮气体出口与洗涤喷射器21气
体入口连接。
本实施例与实施例1的不同之处在于，从中空分离膜7富氮气体出口离开的气体不
再进入油箱10上部惰气入口而是流入洗涤喷射器21气体入口，与油箱10泵入的燃油在洗涤
喷射器21中混合，在此过程中产生剧烈的传质过程，惰气中的二氧化碳和氮气溶解至燃油
中，将燃油中的氧气置换出来，从洗涤喷射器21流出的气体形成气泡，并从逐渐上浮，该过
程中进一步置换其他燃油中氧气，未被置换的惰气最终进入大气环境中。
3)实施例3：
图3为实施例3中加装涡轮膨胀机的空气分离惰化车辆油箱装置流程示意图，本实
施例中中空分离膜7富氮气体出口与气体流量计8之间连接有涡轮膨胀机101，涡轮膨胀机
101与气体压缩机2相连。
实施例3与实施例1和实施例2的差异在于，中空分离膜7富氮气体出口与气体流量
计8之间连接有涡轮膨胀机101，涡轮膨胀机101与气体压缩机2连接，其中涡轮膨胀机101利
用气体膨胀做功带动气体压缩机提供能量，达到节能的目的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人
员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的
保护范围。