燃料箱可燃性降低和惰化系統及其方法技術方案

本發明專利技術名稱為“燃料箱可燃性降低和惰化系統及其方法”。用于降低可燃性的系統具有換熱器，其將來自燃料箱的罐空冷卻，將罐空內的蒸汽冷凝，并將冷卻的罐空和蒸汽返回到燃料箱。

【技術實現步驟摘要】
背景本公開內容的實施方式一般地涉及燃料箱，更具體而言，涉及通過將換熱器中的罐空(ullage)冷卻降低航空器燃料箱內危險狀態的可能性。惰化航空器燃料箱可以消除由于氧、燃料蒸汽和點火源的易燃結合引起的潛在的危險情況。現有的用于降低燃料箱可燃性的方案可以包括用可通過機載惰性氣體產生系統(OBIGGS)產生的富氮空氣(NEA)或貧氧空氣(oxygen depleted air) (ODA)摻雜燃料箱內的罐空，所述惰性氣體產生系統可以稱為氮氣惰化系統(NGS)或燃料箱惰化系統(FTIS)。OBIGGS可以使用壓縮空氣以產生NEA或ODA。OBIGGS可要求對其供應的空氣在窄范圍的壓力和溫度內，并且要求空氣清潔，濕度低并且具有低的臭氧和烴濃度。NEA或ODA可以是窒息劑，而富氧空氣(OEA)可以是潛在的火災危險。從燃料箱排放的帶有烴的氣體可以是致癌的和也是惡臭的并且對環境不友好。OBIGGS可以在空氣分離模塊(ASM)中使用中空纖維膜(HFM)用于產生NEA和OEA。ASM的性能和操作可能受到其處理的空氣中的污染物的不利影響。開發和確認NGS系統可能是昂貴的，因為通過分析模擬它們可能不可靠。它們可以使用大量昂貴的輔助設備，例如，用于離解空氣中臭氧的臭氧轉化器；用于在低壓條件期間確保氣壓在設計極限內的汽輪壓縮機；用于冷卻的換熱器和用于加熱的加熱器，以確保氣源在設計溫度極限內；用于減少微粒污染物的過濾器；用于消除過量水分的脫水器；以及用于檢查ASM性能的氧傳感器。另外，多重傳感器和控制裝置可用于監控組件的性能并且保護設備以防發生組件故障。因此，可以期望提供克服上述問題的燃料箱可燃性降低和惰化系統和方法。概述用于降低可燃性的系統具有換熱器，其冷卻來自燃料箱的罐空，將罐空內的蒸汽冷凝，并將冷卻的罐空和蒸汽返回到燃料箱。燃料惰化系統具有換熱器。該系統的子系統元件具有至少一個處理器和操作地連接到處理器的存儲器。存儲器存儲程序指令，當處理器執行所述程序指令時使得處理器確定燃料箱內的燃料-空氣比，并且當燃料-空氣比超過預定的閾值時在換熱器中冷卻燃料箱內的罐空。用于降低燃料箱可燃性的方法包括:從燃料箱移除罐空；冷卻罐空用于將罐空內的燃料蒸汽冷凝出來；并且將冷卻的罐空和冷凝的蒸汽返回到燃料箱。特征和功能可以單獨地在本公開內容的各實施方式中實現，或還可以在其它實施方式中結合。附圖簡述通過詳述和附圖將更充分地理解本公開內容的實施方式，其中:附圖說明圖1是示例性的燃料箱可燃性降低和惰化系統；圖2是圖1中提供的示例性系統的說明性控制和指示面板；圖3是圖1中提供的示例性系統的說明性控制器的邏輯；圖4是圖1中提供的示例性系統的說明性冷卻系統；圖5是圖1中提供的示例性系統的說明性燃料箱；圖6是顯示圖4的說明性冷卻系統的操作的流程圖；以及圖7是圖1中提供的示例性系統，描述估計的性能。詳述參考圖1，可以提供示例性燃料箱可燃性降低和惰化系統100。系統100可以包括控制和指示面板200、控制器300、冷卻系統400和燃料箱500。如將示出，在系統100的組件之間可以提供許多不同的信號和指令。在一個實施方式中，可以無線地提供這些信號和指令。可以使用有線連接或無線和有線連接的結合。通過控制和指示面板200，可以將系統選擇的指令14提供至控制器300以及從控制器300提供系統選擇的指令14。指示器指令34可以從控制器300提供到控制和指示面板200。渦輪旁通閥指令35可以從控制器300提供到冷卻系統400。渦輪排放溫度1^輪51可以通過冷卻系統400提供到控制器300。終止冷卻系統指令36可以從控制器300提供到冷卻系統400。啟動冷卻系統指令38可以從控制器300提供到冷卻系統400。罐空溫度T 78可以從燃料箱500發送到控制器300。燃料箱壓力Pw4 76也可以從燃料箱500提供到控制器300。在燃料箱500對外部環境排氣的情況下，Pm 76可以被來自航空器數據系統的航空器環境壓力信號(未顯示)取代。通過上面提供的那些信號和指令，冷卻系統400可以與燃料箱500相互作用，以便罐空混合物可以通過導管71從燃料箱500抽出至冷卻系統400。為了安全可以包括滅火器(未顯示)。罐空混合物可被弓I入冷卻系統400內的換熱器420中的低溫，從而將混合物中存在的燃料蒸汽冷凝出來。以液體燃料形式的冷凝的燃料蒸汽，可以在分離器422中從冷混合物分離并且通過導管55返回燃料箱500。冷罐空混合物還可以通過導管53返回燃料箱 500。典型地，系統100可以運轉直至燃料箱500中罐空的燃料-空氣比顯著地下降低于燃料箱壓力處的燃燒閾值燃料-空氣比。燃料箱500可燃性可以隨著罐空燃料-空氣比降低而降低，并且當燃料-空氣比下降低于燃燒閾值燃料-空氣比時罐空成為惰性的。在一個實施方式中，系統100可以使用Ies78及其飽和燃料-空氣比之間的相互關系用于監控罐空可燃性和系統控制。燃料箱罐空可以冷卻至設計溫度閾值XS()，表示用于停止冷卻系統400的溫度，其可以是Pw476的函數。閾值XS()可以確保罐空飽和的燃料-空氣比小于燃燒閾值。例如，Jet A燃料的燃燒閾值燃料-空氣比對于從海平面至45，000英尺高度處的燃料箱500可以是0.03。該0.03的燃料-空氣比可以出現在海平面處大約102 °F線性降低至35，000英尺高度處大約58 °F的溫度下的燃料蒸汽飽和罐空中。在一個實施方式中，可以對應于0.02的飽和燃料-空氣比選擇罐空溫度T$4 ，表示燃料箱500是惰性的，以提供期望的“安全系數”。這將對應于海平面處大約85 T的罐空溫度和35，000英尺處45 T的罐空溫度。可燃指示204的相應的罐空溫度可隨后大于T在一個實施方式中，系統100可 以在所有高度處冷卻罐空至溫度Xso，其可以低于T$4。當罐空溫度低于Xso時，系統100可以響應控制器300提供的信號36關閉冷卻系統400。當罐空溫度超過可以大于XS()并且小于T的溫度Xtff時，系統100可以自動地重新啟動冷卻系統400。Xqp可以表示響應控制器300提供的信號38啟動冷卻系統400的溫度。典型地，系統100可以保持燃料箱罐空低于T 并且低于0.02的燃料-空氣比。系統100可以產生冷空氣以冷卻流過冷卻系統400的換熱器的罐空混合物。該冷空氣可以用熱力學過程產生。這些過程可以包括壓縮、傳熱和膨脹。電能可以用于壓縮過程，并且在膨脹過程期間通過空氣渦輪101產生的動力可以被輔助設備使用以移動冷卻空氣和罐空混合物通過冷卻系統400內的換熱器。通過本文描述的系統100可以提供許多優勢。系統100可以排除富氮空氣(NEA)的使用和貧氧空氣(ODA)的向機外排放。空氣的微粒污染物、水分和氣體污染物及其臭氧含量對系統性能可以沒有影響。定期維護和更高水平的安全可以以非常低的成本執行。系統100可以是簡單、可靠、低成本并且重量更輕的。而且，系統100可能不需要其它機載系統的顯著修改。可以以高精度分析地模擬系統100。在更高高度的冷的外部空氣可以增強系統性能以便可縮短系統工作循環。對于相關領域技術人員，隨著提供下列描述，本公開內容的許多額外優勢將變得顯而易見。現轉向圖2，可以提供圖1中提供的示例性系統100的說明性控制和指本文檔來自技高網...

【技術保護點】
用于降低可燃性的系統，包括：燃料箱(500)；換熱器(420)，其將來自所述燃料箱(500)的罐空混合物冷卻，將所述罐空內的蒸汽冷凝，并將所述冷卻的罐空和蒸汽返回到所述燃料箱(500)。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：A·古普塔，
申請(專利權)人：波音公司，
類型：發明
國別省市：