飞机燃料箱可燃性降低方法和系统的制作方法
【专利摘要】一种飞机燃料箱可燃性降低方法包括以下步骤：将加压空气馈送到包含碳隔膜(13)的空气分离模块(12)，馈送空气呈现不超过55psig的正常压强并且该碳隔膜包含至少95重量百分比的碳。该方法包括作为从馈送空气去除氧的结果从空气分离模块(12)产生富氮空气。一种飞机燃料箱可燃性降低系统包括加压空气源；空气分离模块(12)，该空气分离模块(12)被构造成接收来自加压空气源的馈送空气；以及碳隔膜(13)，该碳隔膜包含至少95重量百分比的碳。碳隔膜(13)被构造成在至少120℃(248℉)的温度下使来自馈送空气的氧通过碳隔膜进行渗透，并且被配置为作为从馈送空气去除氧的结果从空气分离模块(12)产生富氮空气。
【专利说明】飞机燃料箱可燃性降低方法和系统
【技术领域】
[0001]实施方式涉及用于降低飞机燃料箱可燃性的方法和系统。
【背景技术】
[0002]存在很多目的在于降低飞机燃料箱可燃性的已知系统。可以通过很多设计了解这些系统，包括但不限于机载惰性气体产生系统(OBIGGS)、氮气生成系统(NGS)、可燃性降低系统(FRS)、燃料箱惰化系统(FTIS)等。然而，这些系统的共同之处涉及通过将惰性气体馈入燃料箱来降低燃料箱的氧气含量。经常，系统产生富氮空气(NEA)用于惰性气体。具有较低的氧气百分比的空气较不易燃。
[0003]用于产生富氮空气的惰化系统可以依赖于作为分离机制的从介质的压强摆动吸收和解吸或者作为另一机制通过聚合物隔膜的扩散，以去除氧。在具有聚合物中空纤维隔膜的系统中，经压缩的空气进入聚合物中空纤维的空心并且氧气通过聚合物中空纤维壁渗透出。渗透出的氧被收集且排出机外。剩余的富氮渗余物流过空心并且在空气分离模块产物气体出口处进行收集以分配到飞机燃料箱。不幸的是，空气分离模块的使用寿命和系统操作状况会受到在气体分离模块的构造中使用的聚合物的限制。因此，期望增加空气分离模块的可靠性。
【发明内容】
[0004]一种飞机燃料箱可燃性降低方法，该方法包括以下步骤:将加压空气馈送到包含碳隔膜的空气分离模块，该馈送空气呈现不超过55psig的正常压强并且该碳隔膜包含至少95重量百分比的碳。该方法包括将碳隔膜与馈送空气相接触，通过碳隔膜从馈送空气渗透氧，以及作为从馈送空气去除氧的结果从空气分离模块产生富氮空气。富氮空气被馈送到飞机上的燃料箱中。
[0005]一种飞机燃料箱可燃性降低方法，该方法包括以下步骤:将加压空气馈送到空气分离模块中，该空气分离模块包含裂解聚合物中空纤维，该馈送空气呈现从12 O °C到195°C (248° F到383° F)的温度，该中空纤维包含至少95重量百分比％的碳，并且当在160° F的操作温度下进行测量时，中空纤维呈现至少为9的氧渗透率对氮渗透率的选择度比，以及至少80气体渗透单位的渗透率。该方法包括:将碳隔膜与馈送空气相接触，通过碳隔膜从馈送空气渗透氧，以及作为从馈送空气去除氧的结果从空气分离模块产生富氮空气；来自空气分离模块的富氮空气在热交换器中被充分地冷却。冷却的富氮空气被馈送到飞机上的燃料箱中。
[0006]一种飞机燃料箱可燃性降低系统，该系统包括:加压空气源；空气分离模块，该空气分离模块被构造成从加压空气源接收馈送空气；以及在该空气分离模块中的碳隔膜，该碳隔膜包含至少95重量百分比的碳；碳隔膜被构造成在至少120°C (248° F)的温度下使来自馈送空气的氧通过碳隔膜进行渗透，并且作为从馈送空气去除氧的结果从空气分离模块产生富氮空气。系统包括飞机上的燃料箱并且被构造成接收富氮空气。
[0007]根据本公开的一个方面，提供一种飞机燃料箱可燃性降低方法，该方法包括以下步骤:将加压空气馈送到包含碳隔膜的空气分离模块，该馈送空气呈现不超过55psig的正常压强并且该碳隔膜包含至少95重量百分比的碳；将碳隔膜与馈送空气相接触，通过碳隔膜从馈送空气渗透氧，以及作为从馈送空气去除氧的结果从空气分离模块产生富氮空气；以及将富氮空气馈送到飞机上的燃料箱中。
[0008]有利地，碳隔膜包括碳中空纤维、螺旋缠绕碳纤维板、碳纳米管板或者其组合。
[0009]有利地，所述碳隔膜包括裂解聚合物中空纤维。
[0010]有利地，所述馈送空气呈现至少120°C (248° F)的温度。
[0011]有利地，馈送空气呈现从120°C到195°C (248° F到383° F)的温度。
[0012]有利地，该飞机燃料箱可燃性降低方法进一步包括在不在热交换器中充分地冷却馈送空气的情况下，从加压空气的源将加压空气馈送到空气分离模块中。
[0013]有利地，该飞机燃料箱可燃性降低方法进一步包括在将来自空气分离模块的富氮空气馈送到所述燃料箱之前，在热交换器中充分地冷却所述富氮空气。
[0014]根据本公开的另一个方面，提供一种飞机燃料箱可燃性降低方法，该方法包括以下步骤:将加压空气馈送到空气分离模块中，该空气分离模块包含裂解聚合物中空纤维，该馈送空气呈现从120°C到195°C (248° F到383° F)的温度，该中空纤维包含至少95重量百分比的碳，并且当在160° F的操作温度下进行测量时，中空纤维呈现至少为9的氧渗透率对氮渗透率的选择度比，以及至少80气体渗透单位的渗透率。将中空纤维与馈送空气相接触，通过中空纤维从馈送空气渗透氧，以及作为从馈送空气去除氧的结果从空气分离模块产生富氮空气；在热交换器中充分地冷却来自空气分离模块的富氮空气；以及将冷却的富氮空气馈送到飞机上的燃料箱中。
[0015]有利地，权利要求的方法，错误！引用源未找到，其中，馈送空气呈现不超过55psig的正常压强。
[0016]根据本发明的另一个方面，提供一种飞机燃料箱可燃性降低系统，该系统包括:加压空气的源；
[0017]空气分离模块，该空气分离模块被构造成从加压空气的源接收馈送空气；
[0018]该空气分离模块中的碳隔膜，该碳隔膜包含至少95重量百分比的碳；碳隔膜被构造成在至少120°C (248° F)的温度下使来自馈送空气的氧通过碳隔膜进行渗透，并且作为从馈送空气去除氧的结果从空气分离模块产生富氮空气；以及燃料箱，其在飞机上并且被构造成容纳所述富氮空气。
[0019]有利地，碳隔膜包括碳中空纤维、螺旋缠绕碳纤维板、碳纳米管板或者其组合。
[0020]有利地，所述碳隔膜包括裂解聚合物中空纤维。
[0021]有利地，所述碳隔膜被构造成在120°C到195°C (248° F到383° F)的温度下使来自馈送空气的氧通过所述碳隔膜进行渗透。
[0022]有利地，所述碳隔膜被构造成在不超过55psig的正常压强下使来自馈送空气的氧通过所述碳隔膜进行渗透。
[0023]有利地，系统在加压空气源下游在空气分离模块之前缺少冷却热交换器。
[0024]有利地，该飞机燃料箱可燃性降低系统还包括:热交换器，其被构造成充分地冷却来自空气分离模块的富氮空气并且将冷却的富氮空气提供到燃料箱。
[0025]有利地，当在160° F的操作温度下进行测量时，碳隔膜呈现至少为9的、氧渗透率对氮渗透率的选择度比。
[0026]有利地，当在160° F的操作温度下进行测量时，碳隔膜呈现至少80气体渗透单位的渗透率。
[0027]有利地，在同样条件下操作并且产生相同的富氮空气输出，碳隔膜的操作表面面积比聚合物中空纤维隔膜的操作表面面积小了至少50 %。
[0028]有利地，在同样条件下操作并且产生相同的富氮空气输出，碳隔膜呈现出为聚合物中空纤维隔膜的使用寿命的至少1.5倍的使用寿命。
[0029]已经讨论的特征、功能和优点可以在各种实施方式中独立地实现，或者可以在其他实施方式中相组合，其进一步细节可以参照以下说明和附图来了解。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]以下参照附图描述一些实施方式。
[0031]图1到图4示出根据一些实施方式的燃料箱可燃性降低系统的图。
【具体实施方式】
[0032]观测指示空气分离模块和使用聚合物中空纤维隔膜的整个系统的性能和使用寿命会受系统操作温度、纤维上的操作压强、压强差和压强比、在操作温度下的管板材料属性、纤维的自然放松(natural relaxat1n)、以及对污染物的敏感性的限制。
[0033]更具体地，用于聚合物中空纤维隔膜和支撑纤维束的管板的材料是包含碳、氢、氧和可能的其它元素的经聚合的有机化合物。针对给定的聚合物纤维，操作温度的范围受纤维性能(针对给定气体分离对(gas separat1n pair)的选择度(selectivity)和渗透率)以及受用于制造分离模块的材料(特别是管板材料)的限制。选择度是气体对的渗透率的比。针对给定气体分离对，在渗透率和选择度之间存在折中。即，聚合物隔膜具有上限，在本领域技术人员中称为罗伯逊上限(Robeson Upper Bound)。对于聚合物，渗透率随着温度增大而选择度降低。
[0034]对于航空航天应用中已知的聚合物隔膜，操作温度通常低于96°C (205° F)。通过隔膜内的分离层的气体通量依赖于分离层厚度(依赖于制造)、聚合物属性(渗透率)以及操作条件。渗透率越高，用于以隔膜两侧气体的给定分压差来产生给定通量的隔膜面积越低。由于渗透率随着温度增大，用于实现期望使用寿命的操作温度限制有效地对渗透率带来了限制。
[0035]隔膜通量也受纤维分离层两侧的压强差影响。针对中空管道的渗透通量(J)可以由以下算式描述。
[0036]J = f = 2 * Ji * L * P ((pj-p2) /In (ID/0D)
[0037]其中L是管道长度，P是渗透率，pi和p2分别是管道内部和外部的分压并且ID和OD分别是纤维的内直径和外直径。因此，可以通大增加进口压强来增大通量。然而，系统使用的压强越高，在飞机上设置的功率和/或空气供应需求越大，降低了燃料效率。
[0038]热固性聚合物(诸如环氧树脂类)经常用于已知气体分离模块的管板材料。管板材料固定聚合物中空纤维束，并且使得能够将聚合物中空纤维束捆绑和密封到罐子里。已知聚合物隔膜中的最大操作温度受管板材料的制造(诸如固化)温度限制。尽管存在较高温度的材料，但是能够用中空纤维隔膜制造并且在航空航天应用中实际应用的材料的选择受其低于96°C (205° F)的长期操作温度限制。超过该温度限制的系统导致管板材料的退化并且最终导致气体分离模块的较短的使用寿命。如果使用了较高温度热固材料，则纤维在制造期间会被损坏。
[0039]在使用聚合物中空纤维隔膜的空气分离模块的操作寿命中，也可能发生渗透率损失。如对于大多数聚合物，物理老化(聚合物链的自然放松)引起自由体积的减少以及渗透率的损失，并且因此引起通量的损失。这种在模块的使用寿命期间的性能变化影响系统部件(诸如热交换器)的大小。具有高渗透率的聚合物具有较大的自由体积并且呈现较多的物理老化(除非它们是半结晶形态的)。较高的渗透率暗含着需要较少的纤维面积。因此，期望具有高渗透率和低物理老化的隔膜。
[0040]另外，聚合物中空纤维易受污染物影响。经常使用过滤来去除液体和微粒气溶胶。特定气态污染物还可以降低渗透率并且因此降低性能，并且在充足浓度下最终影响使用寿命。可冷凝的气体，依赖于它们在馈送流中的分压和它们在操作温度下的露点，也会使得性能劣化并且降低使用寿命。因为气态污染物的渗透率总体上也依赖于温度(除了与聚合物起化学反应和/或破坏聚合物链的污染物之外)并且露点也依赖于温度，所以期望较高的操作温度。提高系统操作温度减少对降低馈送空气温度的期望，并且因此对系统部件的大小也具有正面效果(较小的热交换器和较小的RAM空气需求，降低重量和阻力)。然而较高的渗透率经常增大用于达到期望的渗余物状况的馈送流速。为了补偿这一点，期望具有较高选择度的隔膜。因此，较多的氮气保留在渗余物(NEA)中并且降低所使用的馈送流速。
[0041]作为在空气分离模块中用作隔膜的聚合物中空纤维的以上限制的结果，通过延长使用寿命并且还通过提高系统操作温度和/或降低系统操作压强，可以获得明显的益处。还期望具有较高的渗透率和较高的选择度的隔膜。除了较高的选择度，还期望选择度对温度的较低的敏感度和/或选择度对污染物的较低的敏感度。如本文描述的，实施方式提供附加的明显的益处。使用碳隔膜的空气分离模块可以提供那些益处。碳隔膜可以包括中空碳纤维、螺旋缠绕碳纤维板、碳纳米管板或者其组合。
[0042]碳隔膜可以根据本领域普通技术人员已知的方法生产。例如，碳中空纤维可以包含至少95重量百分比(wt%)的碳，并且可以通过裂解聚合物中空纤维来获得。裂解去除大量的氢、氧和其它元素并且产生无定型、多微孔结构；如果使用了特定裂解条件，则可以产生能够以超过已知的空气分离模块的性能从空气分离氧(相比于氮)的结构。碳中空纤维隔膜具有与聚合物中空纤维隔膜不同的结构和传输机制。用于气体分离的碳隔膜可以不同形式制成一一作为中空纤维隔膜、碳纤维的层(螺旋缠绕碳纤维板)、或者以碳纳米管的形式
[0043]S.M.Saufi et al., Fabricat1n of Carbon Membranes for Gas Separat1n-AReview, 42 Carbon 241-259 (2004)描述了可以适用于在本文的实施方式中使用的形成碳中空纤维和气体碳隔膜的考虑 D De Q.Vu et al.，Mixed matrix membranes using carbonmolecular sieves,1.Preparat1n and experimental results,211J.Membrane Science311-334(2003)描述了用于气体分离的碳分子筛网隔膜的制备。A.F.1smail et al.，AReview on the Latest Development of Carbon Membranes for Gas Separat1n, 193J.Membrane Science 1-18(2001)描述了通过包括碳中空纤维的碳隔膜的传输机制。P.JasonWilliams et al., Gas Separat1n by Carbon Membranes, in Advanced MembraneTechnology and Applicat1ns 599-631 (Norman N.Li et al.eds.，2008)进一步描述了形成碳中空纤维的考虑和通过碳隔膜的传输机制。本领域普通技术人员将从所列出的和附加的引用文献理解到碳隔膜可以适应于在本文的实施方式中使用来产生富氮空气。
[0044]在实施方式中，飞机燃料箱可燃性降低方法包括馈送加压空气到包含碳隔膜的空气分离模块中。馈送空气呈现不超过55镑每平方英寸(psig)的正常压强，并且碳隔膜包含至少95wt%的碳。该方法包括使碳隔膜与馈送空气相接触，通过碳隔膜从馈送空气渗透氧，以及作为从馈送空气去除氧的结果从空气分离模块产生富氮空气。富氮空气被馈送到飞机上的燃料箱中。
[0045]呈现出不超过55psig的正常压强的馈送空气将该方法与使用聚合物中空纤维隔膜并且在较高压强下操作以通过纤维壁提供充足氧渗透的已知空气分离方法区分开。尽管低压强可能是有益的，但是当馈送空气呈现较高压强时也可以使用本文的其它实施方式，诸如在已经提供较高压强的馈送空气的改型系统中。这种方法与已知方法的区别在于针对相同的入口压强可以使用较少的活动纤维区域。也就是说，较高压强可以允许增大的通量，并且因而允许减少所使用的AMS的数量。
[0046]“正常压强”是指在巡航期间的压强；在爬升期间的压强可以稍微较高。针对本实施方式和本文的其它实施方式，作为进一步的益处，馈送空气可以相反地呈现不超过41psig的压强。
[0047]在另一个实施方式中，飞机燃料箱可燃性降低方法包括馈送加压空气到包含碳隔膜的空气分离模块中。该馈送空气呈现至少120°C (248° F)的温度并且碳隔膜包含至少95wt%的碳。该方法包括使碳隔膜与馈送空气相接触，通过碳隔膜从馈送空气渗透氧，以及作为从馈送空气去除氧的结果从空气分离模块产生富氮空气。富氮空气被馈送到飞机上的燃料箱中。呈现出至少120°C (248° F)的温度的馈送空气将本方法与使用聚合物中空纤维隔膜的已知空气分离方法区分开，该已知空气分离方法在较低温度下操作以减少对隔膜的聚合物材料和/或管板材料的热损坏。
[0048]例如，馈送空气可以呈现出从120°C到195°C (248° F到383° F)的温度。在这些更高的温度下，碳隔膜的渗透率可以更高，同时仍然保持3或者更大的选择度。碳隔膜的热稳定性还允许使用不限制空气分离模块的操作温度的不同管板材料。
[0049]该方法可以进一步包括在无需在热交换器中充分地冷却馈送空气的情况下从加压空气的源将加压空气馈送到空气分离模块中。略微的冷却(如果有)可以是仅在从加压空气从源到空气分离模块的传输期间从热损耗偶然发生的程度上。热损耗可以在源和空气分离模块中间的装置中发生，诸如过滤器，但是其小于在被设计用于充分地冷却馈送空气的热交换器中发生的热损耗。在已知系统中，加压气体的源一般提供处于高温的馈送空气并且在热交换器中将馈送空气冷却到低于96°C (205° F)的正常操作温度，以降低对聚合物中空纤维和/或管板材料的热损坏。在已知关闭机制允许的“正常操作温度”下，可能发生到较高温度的瞬时偏移。
[0050]在本文的方法中，如果保证了一些冷却，则热交换器可以在冷却容量上减少(并且因而在大小上减小)。或者如果馈送空气温度在给定碳隔膜的温度稳定性的容限内，则热交换器可以被取消。减小或者取消冷却由于氧的增加的热能而可以有利地增大渗透率。
[0051]尽管馈送空气呈现出高达195°C (383° F)的温度可以有益处，但是可以期望冷却富氮空气。因此，方法可以还包括:在将来自空气分离模块的富氮空气馈送到燃料箱之前冷却热交换器中的富氮空气，以遵循燃料箱结构和运输元件标准。
[0052]在实施方式中，飞机燃料箱可燃性降低系统包括加压空气的源和被构造成从加压空气源接收馈送空气的空气分离模块。包含至少95wt%的碳的碳隔膜在空气分离模块中。碳隔膜被构造成在至少120°C (248° F)的温度下使来自馈送空气的氧透过碳隔膜进行渗透，并且作为从馈送空气去除氧的结果从空气分离模块产生富氮空气。该系统包括飞机上的燃料箱并且被构造成接收富氮空气。
[0053]在另一个实施方式中，飞机燃料箱可燃性降低系统包括加压空气的源和被构造成从加压空气源接收馈送空气的空气分离模块。包含至少95wt%的碳的碳隔膜在空气分离模块中。碳隔膜被构造成在不超过55psig的正常压强下使来自馈送空气的氧透过碳隔膜进行渗透，并且作为从馈送空气去除氧的结果从空气分离模块产生富氮空气。该系统包括飞机上的燃料箱并且被构造成接收富氮空气。
[0054]例如，碳隔膜可以被构造成在120°C到195°C (248° F到383° F)的温度下使来自馈送空气的氧透过碳隔膜进行渗透。该系统可以在加压空气源下游在空气分离模块之前缺少冷却热交换器。该系统还可以包括热交换器，热交换器被构造成充分地冷却来自空气分离模块的富氮空气并且将冷却的富氮空气提供到燃料箱。对馈送空气和/或富氮空气的温度控制可以提供以上描述的益处。
[0055]当在160° F的操作温度下进行测量时，碳隔膜可以呈现氧渗透率对氮气渗透率的选择度比至少为9。并且，当在160° F的操作温度下进行测量时，碳隔膜可以呈现至少80气体渗透单位(GPU)的渗透率。尽管本文的一些实施方式在高于160° F的温度下进行操作，但是这些温度是提供方便的测试温度，用于比较依赖于温度参数:选择度比和渗透率。此外，在同样条件下操作并且产生相同的富氮空气输出，碳隔膜的操作表面面积可以比聚合物中空纤维隔膜的操作表面面积小了至少50%。再次，碳隔膜可以呈现出为在同样条件下操作并且产生相同的富氮空气输出的聚合物中空纤维隔膜的使用寿命的至少1.5倍的使用寿命。使用碳隔膜，诸如碳中空纤维隔膜，可以有利地提供所描述的特征。不是由碳隔膜的属性单独提供所描述的特征，它们可以在保持以上的描述的同时，与聚合物中空纤维隔膜的受限制的操作温度相比在碳隔膜允许的较高的温度下进行操作而得到。
[0056]因此，在另一个实施方式中，飞机燃料箱可燃性降低方法包括馈送加压空气到包含裂解聚合物中空纤维的空气分离模块中。馈送空气呈现从120°C到195°C (248° F到383° F)的温度。中空纤维包含至少95wt%的碳。当在160° F的操作温度下进行测量时，中空纤维呈现至少为9的氧渗透率对氮渗透率的选择度比，以及至少为80气体渗透单位的渗透率。该方法包括使碳隔膜与馈送空气相接触，透过碳隔膜从馈送空气渗透氧，以及作为从馈送空气去除氧的结果从空气分离模块产生富氮空气。来自空气分离模块的富氮空气在热交换器中被充分地冷却。冷却的富氮空气被馈送到飞机上的燃料箱中。例如，馈送空气可以呈现出不超过55psig的正常压强。
[0057]图1示出根据实施方式的飞机燃料箱可燃性降低系统10的部分的图。系统10包括空气分离模块12，该空气分离模块12包括从加压空气源16接收馈送空气的碳隔膜。模块12产生渗透气体18，渗透气体18主要包含氧气和渗余气体(富氮空气19)。燃料箱14接收富氮空气19以提供可燃性降低。
[0058]图2示出根据另一个实施方式的飞机燃料箱可燃性降低系统20的部分的图。系统20包括图1中所示的系统10的部件，并且还包括提供冷却的富氮空气24的热交换器22。系统20可以在空气分离模块12的上游不保证对馈送空气17的充分冷却，但是存在用冷却的富氮空气24来降低燃料箱14的温度的期望的情形下使用。
[0059]图3示出根据另外的实施方式的飞机燃料箱可燃性降低系统30的部分的图。系统30包括图1中所示的系统10的部件，并且还包括提供冷却的馈送空气34的热交换器32。系统30可以在空气分离模块12的上游保证了对馈送空气17的一些冷却的情形下使用。如以上描述的，热交换器32可以呈现比用于向使用聚合物中空分离隔膜的空气分离模块而不是模块12的碳隔膜13提供冷却的馈送空气的已知热交换器的冷却容量小的冷却容量。
[0060]图4示出根据另一个实施方式的飞机燃料箱可燃性降低系统40的部分的图。系统40包括图1中所示的系统10的部件，并且还包括图2的热交换器22和图3的热交换器32。因此，系统40可以用于将馈送空气17冷却到针对模块12的期望的温度并且还冷却用于燃料箱14的富氮空气19。系统40还包括提供过滤的馈送空气44的过滤器42。尽管模块12包括比聚合物中空纤维隔膜更不易受污染物影响的碳隔膜13，但可以将过滤器42设置在热交换器32的下游(如所示的)或者上游，以去除潜在地对模块12有害的污染物。
[0061]尽管图1到图4示出本文描述的系统的不同的可能实施方式，但是应理解的是可以想到图1到图4中的特征与本文描述的其它特征的进一步组合。
[0062]在较低的入口压强下的操作可以允许在无需进一步加压的情况下使用发动机引气。较低的入口压强可以消除或者减少在空气分离模块上游的涡轮压缩机或者电驱动压缩机的已知使用。另选地，存在用于使用来自较低压强源和电驱动压缩机的备用馈送空气的选项。碳隔膜的属性可以允许使用较低压强的源和/或较低压强比压缩机(例如，较小的大小和/或较低的功率)。
[0063]从空气分离出氧的效率增加导致较少的馈送空气用来得到相同量的富氮空气。较少的馈送空气产生增大的飞机燃料效率。更有效的分离还允许空气分离模块在大小上较小并且在重量上较轻。
[0064]碳中空纤维和已知聚合物中空纤维的渗透率随着温度升高而增大。碳纤维在制造期间能够承受更高的操作温度，这使得能够使用具有比气体分离工业中使用的已知管板材料(经常是环氧树脂)更高的热稳定性的、更高温度的管板材料。更高的操作温度使得能够通过两种手段设计重量较轻的系统:(I)更高的性能使得有效纤维的更少的表面面积(更小的空气分离模块或者每个飞机更少的模块)和(2)更少的入口热交换器容量(使用更少的入口热交换器或者没有入口热交换器)ο重量减轻相比于聚合物中空纤维隔膜系统，可以是30%那么多。
[0065]另外，在空气分离模块设计中可以使用具有有利的机械属性的更高热稳定性的材料，并且单元的寿命可以延长超过已知模块，这增加了可靠性并且降低了系统的维护成本。
[0066]碳中空纤维隔膜在给定模块入口 -出口压强比相比于聚合物中空纤维隔膜提供了增强的性能(其中出口是用于通过隔膜壁渗透氧的渗透出口，在飞机应用中通常被机外排放)。期待得到更多的重量节省、更高的燃料经济性、以及更高的可靠性。
[0067]遵从于法规，以或多或少针对结构和方法特征的语言描述了实施方式。然而，应理解的是，这些实施方式不限于所示出和描述的特定特征。这些实施方式因此以其任何形式或者在根据等同原则适当解释的所附的权利要求的正确范围内的修改要求保护。
[0068]附图参考标号表
[0069]10 系统
[0070]12空气分离模块
[0071]13碳隔膜
[0072]14燃料箱
[0073]16加压空气源
[0074]17馈送空气
[0075]18渗透气体
[0076]19富氮空气
[0077]20 系统
[0078]22热交换器
[0079]24冷却的富氮空气
[0080]30 系统
[0081]32热交换器
[0082]34冷却的馈送空气
[0083]40 系统
[0084]42过滤器
[0085]44过滤的馈送空气
【权利要求】
1.一种飞机燃料箱可燃性降低方法，该方法包括以下步骤:将加压空气馈送到包含碳隔膜(13)的空气分离模块(12)，该馈送空气(17)呈现不超过55psig的正常压强并且所述碳隔膜(13)包含至少95重量百分比的碳； 将所述碳隔膜(13)与所述馈送空气(17)相接触，通过所述碳隔膜(13)从所述馈送空气渗透氧，以及作为从所述馈送空气(17)去除氧的结果从所述空气分离模块(12)产生富氮空气；以及 将所述富氮空气馈送到所述飞机上的所述燃料箱(14)中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述碳隔膜(13)包括碳中空纤维、螺旋缠绕碳纤维板、碳纳米管板或者其组合中的任一种。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述碳隔膜包括裂解聚合物中空纤维。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述馈送空气(17)呈现至少120。。，即 248 °F，的温度。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述馈送空气(17)呈现从120°C到195 0C，即248 T到383 0F，的温度。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括:在不在热交换器中充分地冷却所述馈送空气的情况下，从所述加压空气的源(16)将所述加压空气馈送到所述空气分离模块(12)中。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，所述方法还包括:在将来自所述空气分离模块(12)的富氮空气馈送到所述燃料箱(14)之前，在热交换器(22)中充分地冷却所述富氮空气。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中，所述馈送空气(17)呈现不超过55psi的正常压强。
9.一种飞机燃料箱可燃性降低系统，该系统包括: 加压空气源(16)； 空气分离模块(12)，该空气分离模块(12)被构造成从所述加压空气源(16)接收馈送空气(17)； 所述空气分离模块(12)中的碳隔膜(13)，该碳隔膜(13)包含至少95重量百分比的碳；所述碳隔膜(13)被构造成在至少120°C，即248 °F，的温度下使来自所述馈送空气(17)的氧通过所述碳隔膜(13)进行渗透，并且作为从所述馈送空气(17)去除氧的结果从所述空气分离模块(12)产生富氮空气；以及 燃料箱(14)，该燃料箱(14)在所述飞机上并且被构造成容纳所述富氮空气。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述碳隔膜(13)包括碳中空纤维、裂解聚合物中空纤维、螺旋缠绕碳纤维板、碳纳米管板或者其组合。
11.根据权利要求9或10所述的系统，其中，所述碳隔膜(13)被构造成在120°C到195°C，即248 °F到383 °F，的温度下使来自所述馈送空气(17)的氧通过所述碳隔膜(13)进行渗透。
12.根据权利要求9所述的系统，其中，所述碳隔膜(13)被构造成在不超过55psig的正常压强下使来自所述馈送空气(17)的氧通过所述碳隔膜(13)进行渗透。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的系统，其中，所述系统(10)在所述加压空气源(16)的下游在所述空气分离模块(12)之前没有冷却热交换器。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的系统，其中，当在160°F的操作温度下进行测量时，所述碳隔膜(13)呈现至少为9的氧渗透率对氮渗透率的选择度比。
【文档编号】B64D37/32GK104520194SQ201380036796
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年7月25日 优先权日:2012年8月24日
【发明者】B·J·艾沃瑟维奇, I·约基奇 申请人:波音公司