本發(fā)明涉及氦氣處理領域，尤其涉及一種用于浮空器的氦氣回收和純化系統(tǒng)。

背景技術：

浮空器(氣球、飛艇等)是一種完全依靠自身靜浮力升空的航空器，而其靜浮力通常依賴內(nèi)部填充的氦氣來提供。對于內(nèi)充氦氣的浮空器而言，內(nèi)部氦氣的純度直接影響到其凈升力的大小，從而對飛行性能造成影響。

目前對浮空器使用過的氦氣直接排放到空氣中，一方面造成了氦氣的浪費，也造成了空氣的污染，同時，對于一個特定的浮空器來說，其氦氣的容量是一定的，直接將氦氣排出必將造成氦氣的不斷減少，進而將嚴重限制浮空器在空氣中的停留時間以及停留高度，同時也將帶來一定的危險。

目前國際上所普遍采用的氦氣提純技有三種：低溫術吸附、變壓吸附和膜分離。低溫吸附是天然氣提氦等裝置所普遍采用的一種提純方法，該方法成熟經(jīng)典，但是運行費用較高(使用液氮)、流程復雜、操作壓力高等，不符合企業(yè)對設備小型化、智能化、節(jié)能高效的要求；變壓吸附是使用碳分子篩、活性炭等吸附劑在常溫、中壓下對雜質(zhì)氣體吸附，從而提純氦氣，該方法產(chǎn)品氣出口純度不及低溫吸附法，且設備造價高、操作繁瑣，因此國際上研究不多；膜分離法是一種高效的滲透分離法，新型的氣體膜分離技術具有高效節(jié)能、易于實現(xiàn)小型化和智能化的特點，這恰好可以彌補低溫分離法的不足。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種用于浮空器的氦氣回收和純化系統(tǒng)，通過對使用過的氦氣進行直接純化，并且將純化后的氦氣直接送入浮空器的內(nèi)囊中進行使用，一方面能夠避免氦氣的浪費和污染環(huán)境，一方面能夠增大浮空器在空氣中的停留時間以及停留高度。

為達到以上目的，本發(fā)明采用的技術方案為：一種用于浮空器的氦氣回收和純化系統(tǒng)，所述浮空器包括用于儲存氦氣的內(nèi)囊，其特征在于，所述系統(tǒng)包括進氣端與內(nèi)囊的出氣端通過管道連接的低壓緩沖罐、進氣端與低壓緩沖罐的出氣端通過管道連接的壓縮機、進氣端與壓縮機的出氣端通過第一管道連接的油水分離模塊、進氣端與油水分離模塊的出氣端通過第二管道連接的減壓模塊、進氣端與減壓模塊的出氣端通過第三管道相連的一級分離模塊，所述一級分離模塊的出氣端與內(nèi)囊的進氣端通過管道連接。

優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括進氣端通過第五管道與油水分離模塊的出氣端相連的氦氣高壓集裝管，所述氦氣高壓集裝管的出氣端通過第六管道與油水分離模塊的進氣端連接，所述第二管道、第五管道以及第六管道上均設置有可控閥門。

優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括進氣端與一級分離模塊的尾氣端通過管道連接的二級分離模塊，所述二級分離模塊的出氣端與低壓緩沖罐的進氣端通過管道連接。

優(yōu)選地，所述油水分離模塊包括一個或者多個油水分離器，當油水分離器為多個時，油水分離器通過管道串聯(lián)連接。

優(yōu)選地，在油水分離模塊上連接有將雜質(zhì)排出的裝置。

優(yōu)選地，所述減壓模塊包括設置在第二管道上的調(diào)壓閥，所述調(diào)壓閥的出氣端與一級分離模塊的進氣端連接。

優(yōu)選地，所述減壓模塊還包括設置在連接調(diào)壓閥與一級分離模塊的管道上的儲氣罐。

優(yōu)選地，所述儲氣罐為一個或者多個，當儲氣罐為多個時，儲氣罐通過管道串聯(lián)設置。

優(yōu)選地，所述一級分離模塊包括一個或者多個膜分離器，當膜分離器為多個時，所述膜分離器通過管道并聯(lián)連接。

優(yōu)選地，所述二級分離模塊包括一個膜分離器。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1)該回收和純化系統(tǒng)采用一級雙膜并聯(lián)、二級串聯(lián)的膜分離技術，針對60-90％低濃度的原料氦氣，一級雙膜并聯(lián)一方面降低了流阻，一方面提高了膜分離面積進而提高了分離的效率；二級分離提高了回收效率，同時提高了出氣的純度。經(jīng)實驗驗證，該系統(tǒng)能夠?qū)?0-90％的污氦提純至95-98％，提純回收率≥90％；

2)該系統(tǒng)集成在浮空器中，能夠?qū)崿F(xiàn)在線純化，并且能夠立即將純化后的氦氣供浮空器使用，實現(xiàn)了氦氣的循環(huán)使用，提高了浮空器在空中停留的時間以及停留的平均高度；

3)該系統(tǒng)還包括氦氣高壓集裝管用以盛裝備用的氦氣，并且氦氣高壓集裝管與分離模塊共用一個壓縮機，通過對門閥進行控制來實現(xiàn)氦氣進入到氦氣高壓集裝管或者分離模塊，節(jié)省了成本，同時也提高了浮空器氦氣的儲存量，延長了浮空器在空氣中的停留時間。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的原理圖。

具體實施方式

以下描述用于揭露本發(fā)明以使本領域技術人員能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明。以下描述中的優(yōu)選實施例只作為舉例，本領域技術人員可以想到其他顯而易見的變型。

一種用于浮空器的氦氣回收和純化系統(tǒng)，所述浮空器包括用于儲存氦氣的內(nèi)囊，如圖1所示，所述系統(tǒng)包括進氣端與內(nèi)囊的出氣端通過管道連接的低壓緩沖罐1、進氣端與低壓緩沖罐1的出氣端通過管道連接的高壓壓縮機2、進氣端與高壓壓縮機2的出氣端通過第一管道7連接的油水分離模塊、進氣端與油水分離模塊的出氣端通過第二管道8連接的減壓模塊、進氣端與減壓模塊的出氣端通過第三管道9相連的一級分離模塊以及進氣端與一級分離模塊的尾氣端通過管道連接的二級分離模塊，所述一級分離模塊的出純氣端通過第四管道10與浮空器100的內(nèi)囊的進氣端連接，所述二級分離模塊的出純氣端通過管道與低壓緩沖罐1連接。

所述高壓壓縮機2為現(xiàn)有技術，此處不再詳述。所述油水分離模塊用于去除進入其中的氦氣中的油質(zhì)、水、顆粒等雜質(zhì)，其包括一個或者多個油水分離器3，當具有多個油水分離器3時，油水分離器3通過管道串聯(lián)連接，通過多個油水分離器3能夠使氦氣中的雜質(zhì)盡可能地去除，優(yōu)選地，所述油水分離模塊具有兩個油水分離器3。具體地，油水分離器3屬于現(xiàn)有技術，此處不再詳述。在所述油水分離模塊的出氣端設置有進氣純度儀13用以測量從油水分離模塊排出的氦氣的純度。在油水分離器3的下方設置有用以將油水等雜質(zhì)排出的管道，對于一些容易排出的雜質(zhì)直接通過管道排出，對于一些較難排出的雜質(zhì)可以采用機械泵15排出。

所述減壓模塊用以減小進入一級分離模塊中的氦氣的壓力。所述減壓模塊包括調(diào)壓閥41，所述調(diào)壓閥41用以調(diào)節(jié)管道上氦氣的壓力。具體地，所述調(diào)壓閥41為減壓閥。

所述減壓模塊4還包括通過管道與調(diào)壓閥41的出氣端連接的一個或者多個高壓儲氣罐4，所述高壓儲氣罐4能夠進一步減小進入到一級分離模塊中的氦氣的壓力，當所述高壓儲氣罐4為多個時，高壓儲氣罐4呈串聯(lián)連接，通過多個高壓儲氣罐4能夠多級地減小進入到一級分離模塊中的氦氣的壓力，減小進入到一級分離模塊中的氦氣的流速進而能夠盡可能地實現(xiàn)氦氣的純化。優(yōu)選地，所述高壓儲氣罐4為兩個，既節(jié)省了成本，又保證了氦氣的壓力能夠降低到合適的大小。所述高壓儲氣罐4采用現(xiàn)有技術，此處不再詳述。

所述一級分離模塊用以對氦氣進行純化，其包括一個或者多個膜分離器5，當具有多個膜分離器5時，膜分離器5并聯(lián)連接。從每個膜分離器5的出純氣端排出的純化后的氦氣通過第四管道10進入到浮空器內(nèi)囊中。優(yōu)選地，所述膜分離器5為兩個，這樣既節(jié)省了成本，又保證了純化后氦氣的純度。所述第四管道10連接有出氣純度儀用以測量從一級分離模塊的出純氣端排出的氣體的純度。

從每個膜分離器5的尾氣端排出的尾氣進入到二級分離模塊中，所述二級分離模塊包括進氣端與每個膜分離器5通過管道連接的膜分離器6，所述膜分離器6的出純氣端通過管道與低壓緩沖罐1的進氣端相連以對經(jīng)過二級分離模塊純化的氦氣重新進行純化，既避免了從一級分離模塊排出的尾氣直接排出造成浪費，又避免了進入到浮空器的內(nèi)囊中的氦氣純度過低。由于進入到膜分離器6中的氣體已經(jīng)不多，因此所述膜分離器6優(yōu)選為一個。從所述膜分離器6的尾氣端排出的尾氣排出的大氣中。

所述回收和純化系統(tǒng)還包括進氣端通過第五管道11與油水分離模塊的出氣端相連的氦氣高壓集裝管16，所述氦氣高壓集裝管16裝有高壓氦氣用作備用氦氣。所述氦氣集裝管16為氦氣儲存裝置，為現(xiàn)有技術，此處不再詳述。在所述第二管道8和第五管道11上分別設置有門閥GV2和GV3，通過控制門閥GV2和GV3的打開或者關閉能夠?qū)乃鲇退蛛x模塊排出的氦氣選擇性地進入到氦氣高壓集裝管16或者減壓模塊進而進入到一級分離模塊中。所述氦氣高壓集裝管16的出氣端通過第六管道12與油水分離模塊的進氣端連接，所述第六管道12上設置有門閥GV4，通過打開門閥GV4能夠?qū)M入到一級分離模塊中的氦氣進行補充以使進入到浮空器的內(nèi)囊中的氦氣保持充足。并且，在對氦氣高壓集裝管16中的氦氣進行純化(分離)時，不再需要高壓壓縮機2，此時需要將設置在第一管道7上的閥門V1關閉。

該氦氣和純化系統(tǒng)包括PLC智能控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)與管道中的閥門和高壓壓縮機相連，通過控制系統(tǒng)能夠根據(jù)需要將不同的閥門打開或者關閉以及根據(jù)需要將高壓壓縮機打開或者關閉進而實現(xiàn)不同的功能。該控制器系統(tǒng)包括觸摸屏，通過在觸摸屏上設置有相應的功能按鈕能夠?qū)崿F(xiàn)不同功能的一鍵啟動。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明要求的保護范圍由所附的權利要求書及其等同物界定。