專利名稱：燃料箱可燃性降低和惰化系統(tǒng)及其方法
燃料箱可燃性降低和惰化系統(tǒng)及其方法背景本公開內(nèi)容的實(shí)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(nèi)危險狀態(tài)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(diǎn)火源的易燃結(jié)合引起的潛在的危險情況?，F(xiàn)有的用于降低燃料箱可燃性的方案可以包括用可通過機(jī)載惰性氣體產(chǎn)生系統(tǒng)(OBIGGS)產(chǎn)生的富氮空氣(NEA)或貧氧空氣(oxygen depleted air) (ODA)摻雜燃料箱內(nèi)的罐空，所述惰性氣體產(chǎn)生系統(tǒng)可以稱為氮?dú)舛杌到y(tǒng)(NGS)或燃料箱惰化系統(tǒng)(FTIS)。OBIGGS可以使用壓縮空氣以產(chǎn)生NEA或ODA。OBIGGS可要求對其供應(yīng)的空氣在窄范圍的壓力和溫度內(nèi)，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(zāi)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(huán)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(chǎn)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(fā)和確認(rèn)NGS系統(tǒng)可能是昂貴的，因?yàn)橥ㄟ^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(shè)備，例如，用于離解空氣中臭氧的臭氧轉(zhuǎn)化器；用于在低壓條件期間確保氣壓在設(shè)計極限內(nèi)的汽輪壓縮機(jī)；用于冷卻的換熱器和用于加熱的加熱器，以確保氣源在設(shè)計溫度極限內(nèi)；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(jiān)控組件的性能并且保護(hù)設(shè)備以防發(fā)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(tǒng)和方法。概述用于降低可燃性的系統(tǒng)具有換熱器，其冷卻來自燃料箱的罐空，將罐空內(nèi)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(tǒng)具有換熱器。該系統(tǒng)的子系統(tǒng)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(dāng)處理器執(zhí)行所述程序指令時使得處理器確定燃料箱內(nèi)的燃料-空氣比，并且當(dāng)燃料-空氣比超過預(yù)定的閾值時在換熱器中冷卻燃料箱內(nèi)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(nèi)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(dú)地在本公開內(nèi)容的各實(shí)施方式中實(shí)現(xiàn)，或還可以在其它實(shí)施方式中結(jié)合。附圖簡述通過詳述和附圖將更充分地理解本公開內(nèi)容的實(shí)施方式，其中:

圖1是示例性的燃料箱可燃性降低和惰化系統(tǒng)；圖2是圖1中提供的示例性系統(tǒng)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(tǒng)的說明性控制器的邏輯；
圖4是圖1中提供的示例性系統(tǒng)的說明性冷卻系統(tǒng)；圖5是圖1中提供的示例性系統(tǒng)的說明性燃料箱；圖6是顯示圖4的說明性冷卻系統(tǒng)的操作的流程圖；以及圖7是圖1中提供的示例性系統(tǒng)，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(tǒng)100。系統(tǒng)100可以包括控制和指示面板200、控制器300、冷卻系統(tǒng)400和燃料箱500。如將示出，在系統(tǒng)100的組件之間可以提供許多不同的信號和指令。在一個實(shí)施方式中，可以無線地提供這些信號和指令?？梢允褂糜芯€連接或無線和有線連接的結(jié)合。通過控制和指示面板200，可以將系統(tǒng)選擇的指令14提供至控制器300以及從控制器300提供系統(tǒng)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(tǒng)400。渦輪排放溫度1^輪51可以通過冷卻系統(tǒng)400提供到控制器300。終止冷卻系統(tǒng)指令36可以從控制器300提供到冷卻系統(tǒng)400。啟動冷卻系統(tǒng)指令38可以從控制器300提供到冷卻系統(tǒng)400。罐空溫度T
78可以從燃料箱500發(fā)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(huán)境排氣的情況下，Pm 76可以被來自航空器數(shù)據(jù)系統(tǒng)的航空器環(huán)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(tǒng)400可以與燃料箱500相互作用，以便罐空混合物可以通過導(dǎo)管71從燃料箱500抽出至冷卻系統(tǒng)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(tǒng)400內(nèi)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(dǎo)管55返回燃料箱500。冷罐空混合物還可以通過導(dǎo)管53返回燃料箱 500。典型地，系統(tǒng)100可以運(yùn)轉(zhuǎn)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(dāng)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(shí)施方式中，系統(tǒng)100可以使用Ies78及其飽和燃料-空氣比之間的相互關(guān)系用于監(jiān)控罐空可燃性和系統(tǒng)控制。燃料箱罐空可以冷卻至設(shè)計溫度閾值XS()，表示用于停止冷卻系統(tǒng)400的溫度，其可以是Pw476的函數(shù)。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(xiàn)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(shí)施方式中，可以對應(yīng)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(shù)”。這將對應(yīng)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(yīng)的罐空溫度可隨后大于T在一個實(shí)施方式中，系統(tǒng)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(dāng)罐空溫度低于Xso時，系統(tǒng)100可以響應(yīng)控制器300提供的信號36關(guān)閉冷卻系統(tǒng)400。當(dāng)罐空溫度超過可以大于XS()并且小于T的溫度Xtff時，系統(tǒng)100可以自動地重新啟動冷卻系統(tǒng)400。Xqp可以表示響應(yīng)控制器300提供的信號38啟動冷卻系統(tǒng)400的溫度。典型地，系統(tǒng)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(tǒng)100可以產(chǎn)生冷空氣以冷卻流過冷卻系統(tǒng)400的換熱器的罐空混合物。該冷空氣可以用熱力學(xué)過程產(chǎn)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(chǎn)生的動力可以被輔助設(shè)備使用以移動冷卻空氣和罐空混合物通過冷卻系統(tǒng)400內(nèi)的換熱器。通過本文描述的系統(tǒng)100可以提供許多優(yōu)勢。系統(tǒng)100可以排除富氮空氣(NEA)的使用和貧氧空氣(ODA)的向機(jī)外排放?？諝獾奈⒘Ｎ廴疚铩⑺趾蜌怏w污染物及其臭氧含量對系統(tǒng)性能可以沒有影響。定期維護(hù)和更高水平的安全可以以非常低的成本執(zhí)行。系統(tǒng)100可以是簡單、可靠、低成本并且重量更輕的。而且，系統(tǒng)100可能不需要其它機(jī)載系統(tǒng)的顯著修改?？梢砸愿呔确治龅啬M系統(tǒng)100。在更高高度的冷的外部空氣可以增強(qiáng)系統(tǒng)性能以便可縮短系統(tǒng)工作循環(huán)。對于相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員，隨著提供下列描述，本公開內(nèi)容的許多額外優(yōu)勢將變得顯而易見?，F(xiàn)轉(zhuǎn)向圖2，可以提供圖1中提供的示例性系統(tǒng)100的說明性控制和指示面板200。控制和指示面板200可以置于航空器的座艙或者其它可以允許使用者容易啟動和停止系統(tǒng)100的區(qū)域內(nèi)?？刂坪椭甘久姘?00可以包括用于系統(tǒng)選擇的手動開關(guān)202。處于“開啟”位置的開關(guān)202可以對系統(tǒng)控制器300提供信號14以操縱冷卻系統(tǒng)400的操作?？梢詫刂坪椭甘久姘?00提供返回信號14，其可以指示(未顯示指示器)系統(tǒng)已經(jīng)成功地啟動。在一個實(shí)施方式中，系統(tǒng)操作可以是自動的。當(dāng)燃料箱罐空混合物溫度T@s高于警報溫度閾值Ti^時，控制和指示面板200可以接收來自控制器300的指示器指令34，從而指示罐空混合物可燃性水平高于設(shè)計的水平。指示器指令34可以用于建議、告誡或警告。在一個實(shí)施方式中，指示器指令34可以闡明建議性的指示器“FLAMMABLE(可燃)”204。除指示器204以外還可以提供音頻警報。如果期望，控制和指示面板200可以包括其它指示器，例如，燃料溫度和罐空溫度?，F(xiàn)參考圖3，可以顯示圖1中提供的示例性系統(tǒng)100的說明性控制器300。控制器300可被連接至控制和指示面板200、冷卻系統(tǒng)400和燃料箱500?？刂破?00可以在軟件、硬件或其結(jié)合中執(zhí)行。還可以通過網(wǎng)絡(luò)連接組件。典型地，控制器300可以包括至少一個處理器和用于通過處理器執(zhí)行的指令302?？梢詧?zhí)行本公開內(nèi)容的軟件內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和代碼通?？梢源鎯υ诜桥R時性(non-transitory)計算機(jī)可讀存儲器上。存儲器可以是任何可以存儲代碼和/或數(shù)據(jù)用于計算機(jī)系統(tǒng)的裝置或介質(zhì)。非臨時性計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)包括但不限于，易失性存儲器、非易失性存儲器、磁和光存儲裝置比如磁盤驅(qū)動器、磁帶、⑶(光盤)、DVD (數(shù)字通用光盤或數(shù)字視頻光盤)，或其他目前已知的或稍后開發(fā)的能夠存儲代碼和/或數(shù)據(jù)的介質(zhì)。本公開內(nèi)容中描述的方法和過程可以體現(xiàn)為代碼和/或數(shù)據(jù)，其可以存儲在如上所述的非臨時性計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中。當(dāng)計算機(jī)系統(tǒng)讀取和執(zhí)行存儲在非臨時性計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)上的代碼和/或數(shù)據(jù)時，計算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行體現(xiàn)為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和代碼并且存儲在非臨時性計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)內(nèi)的方法和過程。而且，所述的方法和過程可以包含在硬件模塊內(nèi)。例如，硬件模塊可以包括但不限于，專用集成電路(ASIC)芯片、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)，以及其他目前已知或稍后開發(fā)的可編程邏輯裝置。當(dāng)硬件模塊啟動時，硬件模塊執(zhí)行硬件模塊內(nèi)所含的方法和過程。本文描述的技術(shù)可以作為邏輯運(yùn)算和/或模塊執(zhí)行。邏輯運(yùn)算可以作為一系列處理器執(zhí)行的執(zhí)行步驟(或方框)和作為互聯(lián)的機(jī)器或電路模塊執(zhí)行。同樣地，根據(jù)由模塊執(zhí)行或作用的操作可以提供各種組件模塊的描述。形成的執(zhí)行方式是一個選擇問題，取決于執(zhí)行所述技術(shù)的基礎(chǔ)(underlying)系統(tǒng)的性能要求。因此,構(gòu)成本文所述技術(shù)的實(shí)施方式的邏輯運(yùn)算不同地被稱為運(yùn)算、步驟、目標(biāo)或模塊。應(yīng)當(dāng)理解邏輯運(yùn)算可以以任何順序執(zhí)行，除非另作明確要求或權(quán)利要求語言內(nèi)在要求的特定順序。控制器300可以包括與系統(tǒng)100的其它組件連接的通信端口。控制器300通過處理器和指令302以及通信端口可以連續(xù)地接收來自燃料箱壓力傳感器和罐空溫度傳感器的數(shù)據(jù)。在一個實(shí)施方式中，可以從來自航空器數(shù)據(jù)系統(tǒng)的環(huán)境壓力信號接收數(shù)據(jù)用于向外部環(huán)境排氣的燃料箱。也可以接收來自冷卻系統(tǒng)渦輪旁通閥的冷卻系統(tǒng)渦輪排放溫度?？刂破?00可以用于操縱關(guān)于“開啟”或“關(guān)閉”系統(tǒng)100的冷卻子系統(tǒng)400的邏輯。現(xiàn)參考圖3的方框310，控制器300可以用P畫76確定T$4、XQP和Xsq的新值。T$全可以低于顯示為提供期望的“安全系數(shù)”的參考的低可燃極限。XS()可以是設(shè)計的使冷卻系統(tǒng)400停止的溫度閾值,而Xqp可以高于Xsq并低于T$全并且表不使冷卻系統(tǒng)400開啟的溫度。為了確定這些值，可以顯示代表性圖表350。該圖表350可以顯示低可燃極限(參考)形式的燃燒閾值。罐空溫度！'較可以位于Y軸上和燃料箱壓力P.可以沿X軸放置。在低可燃極限之上的！'㈣和Ρ 4的組合可以產(chǎn)生燃料箱500內(nèi)的燃燒。Τ$4 可以設(shè)定在低可燃極限以下，如圖表350中所示。一般而言，可以很好地設(shè)定 低于可燃極限。Xtff可以置于表示啟動冷卻系統(tǒng)400的溫度的1^4以下?？梢苑胖帽硎?br> 停止冷卻系統(tǒng)400的溫度的Xsq以指示低于Xqp的溫度。如方框310所示，控制器300可以通過上述代表性的圖表自動確定值?？刂破?00可以連續(xù)地確定TXstj和XQP。在一個實(shí)施方式中，可以使用利用Pw476查表以從存儲在控制器300的存儲器中的數(shù)據(jù)確定該查表方法可以存儲圖表350中所示的數(shù)據(jù)?？蛇x地，可以在軟件和硬件中使用和執(zhí)行運(yùn)算法則以確定那些值。罐空溫度空可以提供在方框320。Τ$全、Xso, Xqp和空可隨后用于確定通過控制器300提供到系統(tǒng)100內(nèi)組件的信號。在方框330，控制器300可以確定來自燃料箱500的罐空溫度T@s是否可能高于早先限定的安全溫度極限Τ$4 。當(dāng)T@s高于Ti^時，到指示器指令34的信號可以從控制器300提供至圖2的控制和指示面板200。該條件可以表示燃料可燃性超出預(yù)期。在控制和指示面板200，系統(tǒng)100的使用者可以通過音頻或視視覺模式收到潛在危險情況的警告。信號或指令34可以闡明指示器204。在一個實(shí)施方式中，可以自動地執(zhí)行冷卻系統(tǒng)400的行動。在方框340，并且當(dāng)不滿足第一種條件時，處理器和指令302可以將！'較與Xso進(jìn)行比較?；叵胍员硎救剂舷?00內(nèi)的罐空溫度，而XS()可以表示停止冷卻系統(tǒng)400的溫度。終止冷卻系統(tǒng)指令36可以提供至冷卻系統(tǒng)400。當(dāng)Tes等于或低于Xsq，即T s<XS()時，可以產(chǎn)生指令36。該條件可以表示燃料箱罐空可燃性(或燃料-空氣比)可以等于或低于期望的值Xm并且罐空的進(jìn)一步冷卻可能不是必要的。當(dāng)Ies等于或低于Xm時可以返回方框310提供控制。在一個實(shí)施方式中，可以使用I^|S〈XS()。在方框350， 并且當(dāng)不滿足第二種條件時，可以將Tes與Xsq進(jìn)行比較。Tes可以表不燃料箱500內(nèi)的罐空溫度,而Xqp可以表不啟動冷卻系統(tǒng)400的溫度。當(dāng)1^|空可以大于XQP，即>XSQ時，啟動冷卻系統(tǒng)指令38可以提供至冷卻系統(tǒng)400。該條件可以表不燃料箱罐空可燃性(或燃料-空氣比)可以大于期望的值并且可以執(zhí)行罐空的冷卻。在一個實(shí)施方式中，可以使用Xm。可以返回方框310提供控制。在方框360，渦輪的溫度51可以與存儲在控制器300中的渦輪排放導(dǎo)管內(nèi)的溫度閾值!^進(jìn)行比較。Tc可以超過空氣的凝固溫度，32 Τ。Τ.51可以從位于渦輪排放導(dǎo)管中的冷卻系統(tǒng)溫度傳感器接收，其在圖4中示出。當(dāng)Τ.51減去編程的溫度閾值Te(Tff1-Tc)大于0.0時，用于關(guān)閉渦輪旁通閥指令35的信號可以從控制器300提供至冷卻系統(tǒng)400。當(dāng)?shù)扔?.0時，不提供指令35。當(dāng)其小于0.0時，指令35可以對冷卻系統(tǒng)400發(fā)送信號以開啟渦輪旁通閥。可以使用該比較的變型，并且不限于上述的那些。除了渦輪旁通閥指令35以外，還可以使用渦輪旁通閥調(diào)制信號。雖然主要被描述為通過處理器和指令302執(zhí)行，但也可以合并或使用其它變型。例如，可以與指令一起使用微處理器。還可以使用多重處理器并且任務(wù)因此可以分配到多處理系統(tǒng)。參考圖4，可以顯示圖1中提供的示例性系統(tǒng)100的說明性冷卻系統(tǒng)400。冷卻系統(tǒng)400可以連接到控制器300和燃料箱500。冷卻系統(tǒng)400可以通過液體燃料導(dǎo)管55、冷罐空混合物導(dǎo)管53和罐空混合物抽出導(dǎo)管71連接到燃料箱500。當(dāng)通過來自控制器300的指令38命令時冷卻系統(tǒng)400可以運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)通過指令36由控制器300命令時冷卻系統(tǒng)400可以停止。可以從控制器300提供信號至渦輪旁通閥指令35，并且更具體地提供至渦輪旁通閥416。冷卻系統(tǒng)400可以包括但不限于,空氣壓縮機(jī)402、具有控制器的電動機(jī)404,氣對氣(air-to-air)換熱器406、渦輪408、齒輪箱410驅(qū)動的冷卻風(fēng)扇412和連接至罐空混合物抽出導(dǎo)管71的罐空混合物風(fēng)扇414、渦輪旁通閥416以及對控制器300提供指令51的渦輪排放溫度傳感器418。其它系統(tǒng)400組件可以包括罐空混合物/空氣換熱器420和燃料濕氣分離器422。燃料濕氣分 離器422可以連接到液體燃料導(dǎo)管55和冷混合物導(dǎo)管53。冷卻系統(tǒng)400可以接收冷卻空氣57。冷卻空氣排氣82可以通過風(fēng)扇412排出。在一個實(shí)施方式中，系統(tǒng)400可以接收環(huán)境空氣80。冷卻空氣排氣84也可以通過罐空混合物/空氣換熱器420排出。通過下面提供的討論，冷卻系統(tǒng)400的特征將變得顯而易見。在操作中，電動機(jī)404可以啟動冷卻過程。電動機(jī)404可以以各種形狀和形式進(jìn)入并且通過電能運(yùn)轉(zhuǎn)。電動機(jī)404可以對壓縮機(jī)402提供動力。環(huán)境空氣80可被壓縮機(jī)402吸入或抽入并壓縮至高的壓力和溫度。壓縮機(jī)402可以將該高壓力和溫度的空氣輸送至氣對氣換熱器406。換熱器406可以通過傳熱將環(huán)境空氣80冷卻至較低的溫度。為了做到這些，冷卻空氣57可以被冷卻風(fēng)扇412抽吸通過換熱器406。從氣對氣換熱器406排出的高壓和中等溫度的空氣可隨后流至渦輪408和渦輪旁通閥416。渦輪旁通閥416可以通過從控制器300接收的指令51操作。渦輪408可以從流經(jīng)其的空氣提取能量并將該能量輸入齒輪箱410。流經(jīng)渦輪408的空氣可以膨脹并且降低壓力和溫度。位于排放管道59中渦輪408下游的溫度傳感器418可以感測溫度并將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送至控制器300，在此處該溫度數(shù)據(jù)與閾值渦輪排放溫度T。進(jìn)行比較。T?？梢栽谔幚砥骱椭噶?02中編程。
控制器300可以產(chǎn)生渦輪旁通閥指令35，如圖3所示，其調(diào)整渦輪旁通閥416以最小化誤差(T禍輪- Tc)。在當(dāng)渦輪旁通閥416未關(guān)閉的情況期間，一部分中等溫度空氣可以繞過渦輪408與冷渦輪排放空氣混合，以升高其在導(dǎo)管59中的溫度。冷卻風(fēng)扇412可以從齒輪箱410獲得用于其運(yùn)轉(zhuǎn)的動力。如所示，齒輪箱410可以連接至渦輪408，其可以對齒輪箱410輸入動力。實(shí)質(zhì)上，上面的配置可以產(chǎn)生冷空氣，其用于冷卻由風(fēng)扇414通過導(dǎo)管71從燃料箱500抽出的罐空混合物。參考圖5，可以顯示圖1中提供的示例性系統(tǒng)100的說明性燃料箱500。冷卻系統(tǒng)400可以連接到燃料箱500。罐空混合物抽出導(dǎo)管71連同液體燃料導(dǎo)管55和冷混合物導(dǎo)管53可以將兩個組件連接在一起。燃料箱500可以包括液體燃料88和罐空混合物74。典型地，罐空混合物74可以由燃料蒸汽和空氣組成。燃料箱500可以通過通氣口 506對外部的環(huán)境空氣80排氣。排氣的燃料箱500可以基本處于外部環(huán)境壓力。連接到燃料箱500的可以是壓力傳感器502和溫度傳感器504?？墒褂脕碜院娇掌骺諝鈹?shù)據(jù)系統(tǒng)的壓力數(shù)據(jù)代替用于排氣的燃料箱500的壓力傳感器502。在一個實(shí)施方式中，當(dāng)燃料箱500被加壓時，用于確定燃料箱壓力的運(yùn)算法則可以使用環(huán)境壓力代替燃料箱500壓力傳感器502。燃料箱壓力信號502可連續(xù)地被控制器300使用以生成指令34、36和38，如圖3和圖4所示。返回圖4，罐空混合物風(fēng)扇414和冷卻風(fēng)扇412可以從冷卻系統(tǒng)400的齒輪箱410獲得動力。冷卻系統(tǒng)400的渦輪408可以使用通過電動機(jī)404驅(qū)動的壓縮機(jī)402輸送的壓縮空氣以在齒輪箱410中輸入動力。因此，當(dāng)電動機(jī)404運(yùn)轉(zhuǎn)時可以對于齒輪箱410提供動力輸入。當(dāng)使用電動機(jī)404時，罐空混合物風(fēng)扇414和冷卻風(fēng)扇412可以操作。電動機(jī)404可以運(yùn)轉(zhuǎn)直至被控制器300產(chǎn)生的指令36命令以停止運(yùn)轉(zhuǎn)。在一個實(shí)施方式中，罐空混合物風(fēng)扇414可以通過導(dǎo)管71從燃料箱罐空500抽出一些罐空混合物74。風(fēng)扇414可以將罐空混合物74供應(yīng)至罐空混合物/空氣換熱器420，其中罐空混合物74被渦輪408提供的冷空氣冷卻。繼續(xù)圖4和圖5，當(dāng)冷卻罐空混合物74時，罐空混合物中存在的一些燃料蒸汽可以冷凝出來，產(chǎn)生液體燃料液滴(燃料霧)。液體燃料液滴可以通過燃料濕氣分離器422從冷罐空混合物74中去除排出到換熱器420之外。在一個實(shí)施方式中，導(dǎo)管55將冷凝的液體燃料88返回燃料箱并且導(dǎo)管53將冷罐空混合物返回燃料箱罐空74。燃料箱500中的燃料88可以隨著燃料的消耗而減少，并且罐空74的體積可以增加。罐空混合物74和液體燃料88的總體積是燃料箱500的容積。該罐空混合物74冷卻可在換熱器420中持續(xù)直至冷卻系統(tǒng)400在來自控制器300的命令36下停止運(yùn)轉(zhuǎn)。來自換熱器406和420的冷卻空氣可以用適當(dāng)?shù)呐欧懦隹谂欧牛达@示。圖4顯示用于驅(qū)動冷卻風(fēng)扇412和罐空混合物風(fēng)扇414的齒輪箱410?？梢允褂闷渌椒ㄒ则?qū)動兩個風(fēng)扇，例如，使用三輪機(jī)器驅(qū)動在其上安裝有渦輪408的共同軸上的兩個風(fēng)扇。在另一個實(shí)施方式中，渦輪408可以驅(qū)動沒有齒輪箱410的冷卻風(fēng)扇412并且電動機(jī)(未顯示)可以驅(qū)動風(fēng)扇414。當(dāng)冷卻系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時電動機(jī)(未顯示)可以運(yùn)轉(zhuǎn)。從上面提供的公開內(nèi)容顯而易見，冷卻系統(tǒng)400可以降低燃料箱500中罐空混合物74的溫度。通過降低溫度，燃料-空氣比降低，因此其可燃性也可以降低。這可以通過將罐空混合物燃料-空氣比降低到燃燒閾值以下使得罐空混合物74為惰性?？梢詫ι鲜鱿到y(tǒng)400進(jìn)行很多改變或增強(qiáng)。例如，可以添加接地帶以降低由于靜電造成火災(zāi)的可能性?？梢园惭b滅火器以阻止發(fā)生火災(zāi)時的火焰?zhèn)鞑?。可以添加?nèi)置的檢測設(shè)備以檢測組件的故障。在不偏離本公開內(nèi)容的情況下可以添加這些改變或增強(qiáng)。轉(zhuǎn)向圖6，可以顯示圖表600，其顯示圖4的說明性冷卻系統(tǒng)400的運(yùn)轉(zhuǎn)?？裳豗軸提供溫度，同時可沿X軸詳述熵。點(diǎn)A可表示環(huán)境空氣80的情況。線AB可詳述通過壓縮機(jī)402的抽氣。線BC可顯示通過壓縮機(jī)402的空氣壓縮。在壓縮過程期間溫度可以顯著增加，如所示。線⑶可表示換熱器406中的空氣冷卻。溫度在該過程期間下降。線DE可以顯示渦輪408內(nèi)的空氣膨脹，同時線EF可以描述從旁通閥416繞開的空氣與渦輪排氣混合。點(diǎn)F可以顯示對于罐空混合物換熱器420供應(yīng)的低溫調(diào)節(jié)的冷空氣。參考圖7，可以顯示圖1中提供的示例性系統(tǒng)100，描述估計的性能。該性能顯示冷卻罐空混合物74的潛力?？梢詫崽?hot-day)的海平面條件提供所述分析。指示了假設(shè)和組件特性。系統(tǒng)100可以使用具有1.9的壓力比的電動機(jī)404驅(qū)動的壓縮機(jī)402。電動機(jī)404可大約是5.4HP。系統(tǒng)100可以抽出大約60cfm(4.5lbm)的以燃料蒸汽飽和的罐空混合物74(0.03的燃料-空氣比，是潛在可燃的)。系統(tǒng)100可以將抽出的罐空混合物74冷卻到60 0F。在該過程中，系統(tǒng)100可以從抽出的罐空混合物74去除0.08Ibm/分鐘的燃料88，并且將混合物的燃料-空氣比降低至0.0102，從而使混合物74成為惰性。系統(tǒng)100可以使用當(dāng)前技術(shù)狀態(tài)的組件。圖7可以顯示空氣和選定位置的罐空混合物74的物理狀況。在一個實(shí)施方式中，系統(tǒng)100可能能夠在600立方英尺體積的隔熱燃料箱500中以大約12分鐘將罐空混合物74的燃料-空氣比從初始的0.03減小至0.01。一般而言，當(dāng)燃料箱500暴露于熱源時系統(tǒng)100可能花費(fèi)更長時間。通過增加壓縮機(jī)壓力比和/或增加壓縮機(jī)氣流而降低渦輪排放溫度可以縮短該時間。系統(tǒng)100可以提供設(shè)計靈活性。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了燃料惰化系統(tǒng)，包括換熱器、至少一個處理器，以及操作地連接到處理器的存儲器，存儲器存儲程序指令，當(dāng)程序指令被處理器執(zhí)行時，使得處理器確定燃料箱內(nèi)的燃料-空氣比，當(dāng)燃料-空氣比超過預(yù)定的閾值時通過換熱器冷卻燃料箱內(nèi)的罐空。有利地，預(yù)定的閾值低于罐空被認(rèn)為是可燃的點(diǎn)。有利地，惰化系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于產(chǎn)生信號的控制器以確定燃料-空氣比并且冷卻罐空。有利地，惰化系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于將燃料液滴從冷卻的罐空去除的燃料濕氣分離器。雖然已經(jīng)依據(jù)各種具體的實(shí)施方式描述了本公開內(nèi)容的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到可以用權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)的變型實(shí)踐本公開內(nèi)容的實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.用于降低可燃性的系統(tǒng)，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(nèi)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)。
2.權(quán)利要求1所述的用于降低可燃性的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于控制所述系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)的開關(guān)(202)。
3.權(quán)利要求1和2所述的用于降低可燃性的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于啟動和停止所述系統(tǒng)的控制器(300)。
4.權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的用于降低可燃性的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括燃料箱(500)壓力傳感器和罐空溫度傳感器。
5.權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的用于降低可燃性的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括對所述換熱器提供壓縮空氣的壓縮機(jī)(402)。
6.權(quán)利要求5所述的用于降低可燃性的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括連接到所述壓縮機(jī)(402)的電動機(jī)(404)，用于對所述壓縮機(jī)(402)提供動力。
7.權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的用于降低可燃性的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于將冷空氣抽吸通過所述換熱器(420)的冷卻風(fēng)扇(412)。
8.權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的用于降低可燃性的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于接收從所述換熱器(420)排出的高壓和中等溫度空氣的渦輪(101)，其中所述渦輪從所述空氣中提取能量并將所述能量輸入齒輪箱(410)中。
9.權(quán)利要求8所述的用于降低可燃性的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括渦輪旁通閥，當(dāng)其打開時，一部分中等溫度空氣繞過所述渦輪以與冷渦輪排放空氣混合。
10.權(quán)利要求1和8所述的用于降低可燃性的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括通過由所述渦輪提供動力的所述齒輪箱(410)獲得動力的冷卻風(fēng)扇(412)，所述齒輪箱(410)驅(qū)動所述冷卻風(fēng)扇(412)和罐空混合物風(fēng)扇。
11.用于降低燃料箱可燃性的方法，包括: 將罐空混合物從燃料箱(500)移除； 將所述罐空混合物冷卻，用于冷凝所述罐空內(nèi)的蒸汽；和 將所述冷卻的罐空和蒸汽返回至所述燃料箱(500)。
12.權(quán)利要求11所述的用于降低燃料箱(500)可燃性的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)所述罐空的溫度低于閾值時，停止從所述燃料箱(500)移除所述罐空。
13.權(quán)利要求12所述的用于降低燃料箱可燃性的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)所述溫度超過所述閾值時，重新開始從所述燃料箱(500)移除所述罐空。
14.權(quán)利要求11至13中任意一項(xiàng)所述的用于降低燃料箱(500)可燃性的方法，進(jìn)一步包括通過關(guān)聯(lián)所述燃料箱(500)內(nèi)的所述罐空的溫度和燃料-空氣比來監(jiān)控所述罐空的可燃性。
15.權(quán)利要求11至14中任意一項(xiàng)所述的用于降低燃料箱可燃性的方法，進(jìn)一步包括將所述罐空冷卻直至所述燃料箱(500)內(nèi)的燃料-空氣比下降低于燃燒閾值以下。
全文摘要
本發(fā)明名稱為“燃料箱可燃性降低和惰化系統(tǒng)及其方法”。用于降低可燃性的系統(tǒng)具有換熱器，其將來自燃料箱的罐空冷卻，將罐空內(nèi)的蒸汽冷凝，并將冷卻的罐空和蒸汽返回到燃料箱。
文檔編號B64D37/34GK103121508SQ20121046499
公開日2013年5月29日 申請日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者A·古普塔 申請人:波音公司