燃料箱系统的制作方法

本发明涉及燃料箱系统，典型地但非排他性地涉及飞行器燃料箱系统。

背景技术：

大型飞行器——比如空客A380——包括若干燃料箱，其中，燃料储存在位于飞行器的机翼中的多个燃料箱中。为了在飞行期间使燃料从燃料箱移动至发动机中，或者使燃料在不同燃料箱之间移动，飞行器燃料箱可以设置有燃料输送泵。为了能够检测燃料输送泵是否正在工作，传感器线路可以连接至引自燃料泵出口的给送线路，传感器线路通向与传感器线路相关联的压力开关。压力开关可以包括隔板和一定量的残留空气。当泵可操作时，给送线路将通常在飞行器燃料箱中发现的燃料和水混合物向上推动至朝向压力开关的传感器线路，以对开关中的空气进行压缩。归因于燃料流压力的压力增大——燃料流压力的典型示例为30psi——激活压力开关并且提供高压信号，以指示燃料泵正在正常工作。如果未激活燃料压力开关，则监测系统可能会产生低压信号用以例如使用警示灯和/或音响警报器来告知飞行器操作员燃料泵未工作。

隔板内侧的少量的水在冷冻膨胀时可能足以推动隔板并产生虚假的高压信号。

US 2014/0209749中提出了该问题的已知解决方案。当燃料泵不起作用时，储存器用于防止液体接触压力开关。

本发明试图提供针对该问题的替代解决方案，该替代解决方案还可以应用于作为燃料箱系统的一部分且存在积水的问题的任何其他装置。

2012年1月27日《Science》第335卷第6067号第442-444页 R.R Nair等人(以下称为“Nair等人”)的“Unimpeded Permeation of Water Through Helium-Leak–Tight Graphene-Based Membranes(水通过氦泄漏密封石墨烯基膜的无阻碍渗透)”(DOI:10.1126/science.1211694)一文证明了由氧化石墨烯制成的亚微米厚的膜可以完全不可渗透含有氦气的液体、蒸汽和气体，但这些膜允许水无阻碍渗透。

WO2014/174247描述了具有用于储存液态碳氢化合物的箱的箱组件，该箱具有用于支承液态碳氢化合物的重量的底板。过滤器配装至箱的底板。过滤器布置成允许箱中的液态水通过过滤器排出箱，但基本上防止箱中的液态碳氢化合物通过过滤器排出箱。过滤器具有诸如膜的渗透构件，该渗透构件由诸如氧化石墨烯的材料形成，该材料允许箱中的液态水通过透过渗透构件排出箱但基本上防止箱中的液态碳氢化合物通过透过渗透构件排出箱。

技术实现要素：

本发明提供了一种燃料箱系统，包括：燃料箱；具有燃料入口和水出口的装置，其中，燃料入口用于接纳燃料/水混合物，水出口与燃料箱流体连通；以及由可渗水材料形成的过滤器，该过滤器使来自燃料/水混合物的水能够流动通过可渗水材料和水出口进入燃料箱中，但基本上防止燃料/水混合物中的液态燃料流动通过可渗水材料和水出口进入燃料箱中。

过滤器通常包括诸如膜的渗透构件，该渗透构件由可渗水材料形成。可选地，过滤器还包括支承渗透构件的支承结构。

可渗水材料可以包括氧化石墨烯(典型地，层状结构的氧化石墨烯微晶)、具有纳米孔阵列的结构、竖向对准的比如碳纳米管的中空纳米管的阵列或者使水能够流动通过自身但基本上防止液态燃料流动通过自身的任何其他合适的材料。

液态燃料通常为液态碳氢化合物燃料比如汽油或煤油。

燃料箱系统可以是飞行器燃料箱系统，但本发明也可以在例如燃料储存仓或燃料运输卡车中实施。

在本发明的一个实施方式中，装置为阀，该阀包括：具有燃料出口的阀室，其中，阀室与燃料入口、燃料出口和水出口流体连通；以及位于阀室中的阀构件，该阀构件用于控制燃料/水混合物从燃料入口流动通过阀室至燃料出口。

可选地，阀构件可以在打开位置与关闭位置之间移动，在打开位置中，阀构件使来自燃料入口的燃料/水混合物能够流动通过阀室并流出燃料出口，在关闭位置中，阀构件防止来自燃料入口的燃料/水混合物流动通过阀室并流出燃料出口。

通过示例的方式，阀可以为球阀、闸门阀或蝶形阀。在为球阀的情况下，阀通常包括具有球状凹形内表面的阀体，阀构件具有球状凸形外表面，并且球阀包括介于球状凹形内表面与球状凸形外表面之间的空隙，其中，水出口位于阀体中并与该空隙流体连通使得空隙中的水可以流动通过可渗水材料和水出口进入燃料箱中。

装置可以仅具有一个水出口，或者装置可以包括与燃料箱流体连通的第一水出口和第二水出口，每个水出口具有由可渗水材料形成的相关联的过滤器，该过滤器使来自燃料/水混合物中的水能够流动通过可渗水材料和水出口进入燃料箱中，但基本上防止燃料/水混合物中的液态燃料流动通过可渗水材料和水出口进入燃料箱中，其中，如果阀处于第一取向，则第一水出口定位在装置的低点处，并且如果阀处于第二取向，则第二水出口定位在装置的低点处。

在本发明的其他实施方式中，系统还包括燃料泵和压力传感器，装置布置成使得其燃料入口与燃料泵流体连通，并且装置具有与压力传感器流体连通的传感器出口，使得装置可以将燃料泵中的压力变化传输至压力传感器，并且水出口布置成使得水可以从该装置流动通过水出口并进入燃料箱中而不流动通过传感器出口。例如，装置可以是U形弯曲部、储存器或充气室。

通常，水出口位于局部低点处。

本发明并不限于在(如在以上所描述的本发明的各实施方式中的)压力感测线路或阀体中使用，而是可以在为燃料箱系统的一部分且存在积水问题的任何装置——比如管道、阀构件、用于阀或其他部件的入口连接器或用于阀或其他部件的出口连接器——中实 施。

附图说明

现在将参照附图对本发明的实施方式进行描述，在附图中：

图1为根据本发明的第一实施方式的飞行器燃料箱系统的示意图；

图2示出了结合有如本发明的实施方式中的任何实施方式中所示的燃料箱系统的飞行器机翼；

图3为燃料泵的截面图；

图4为储存器的第一构型的截面图；

图5为储存器的第二构型的截面图；

图6为根据本发明的第二实施方式的飞行器燃料箱系统的示意图；

图7示出了图6的系统的压力传感器；

图8为图6的系统的U形弯曲接头的截面图；

图9示出了多孔支承结构，该多孔支承结构为图8的U型弯曲接头的一部分；

图10为根据本发明的第三实施方式的飞行器燃料箱系统的示意图；

图11为图10的系统的充气室的截面图；

图12为根据本发明的第四实施方式的飞行器燃料箱系统的示意图；

图13为图12的系统沿着水平截面截取的视图；以及

图14为图12的系统的侧视图，其示出了四个滤水器的位置。

具体实施方式

图1示出了燃料箱系统，该燃料箱系统包括飞行器燃料箱1、飞 行器燃料泵2、储存器3和压力传感器4。泵2通过传感器线路的第一部分5连接至储存器3的入口，该传感器线路的第一部分5也被称为湿传感器线路。储存器3的出口经由传感器线路的第二部分6与压力传感器4连接，传感器线路的第二部分6也称为干传感器线路。当激活压力传感器4时，该压力传感器4向飞行器控制单元(未示出)发送信号，用以指示泵2正在正常地操作。

箱1为图2中示出的飞行器机翼10的一部分。箱具有由机翼的下蒙皮提供的底板11、由机翼的上蒙皮提供的盖12、由机翼的后翼梁提供的后壁13以及由机翼的前翼梁提供的前壁14。

图3示出了泵2的截面图。泵2具有：通向射流泵的出口21；出口止回阀22；滑阀23(示出为打开)；燃料入口和粗滤器24；以及经由湿传感器线路5通向储存器3的出口25。

图4示出了储存器3的第一可能的内部构型的截面图。储存器具有用于从湿传感器线路5接纳燃料/水混合物的燃料入口32。燃料入口32进入到贮槽36中，贮槽36沿与流体流动通过入口32的方向相同的方向延伸。流动通过入口32的方向用箭头A表示。储存器的传感器出口34相对于入口32偏置，并且沿平行于入口32的方向延伸。如图4中可以看到的，贮槽沿可以被认为“下游”的方向延伸超过传感器出口34的开口。因此，经由燃料入口32进入储存器中的燃料/水混合物将首先行进至贮槽36的后端部38，并且在能够经由传感器出口34行进离开储存器之前填充贮槽36。储存器布置成使得当燃料泵系统安装在飞行器燃料箱中时，燃料入口32通常布置成当飞行器在大致水平倾斜位置时定向在传感器出口34下方。在飞行期间，安装有该系统的飞行器的倾斜位置的变化可能会引起燃料入口32被定向在传感器出口34上方，但储存器3的构型为使得燃料/水混合物不应绕过储存器3通向压力开关4。

当启动泵2时，燃料/水混合物经由传感器入口32被输送到储存器3中。存在于槽36中的空气将被移位，由此压缩存在于传感器出口34中的空气，该空气的压缩持续以激活压力开关4。存在于系统中的空气的量优选地不允许进入槽36中的燃料/水混合物穿过储存器3，原因在于所需的空气的压缩水平太高以至于不能由飞行器燃料泵实现。

在贮槽36的朝向其后端部38的基部37中形成有与燃料箱流体连通的水出口孔。水出口孔用过滤器39填充。过滤器39由可渗水材料形成，该过滤器39使贮槽36中的水能够流动通过可渗水材料和水出口孔进入燃料箱中，但基本上防止贮槽中的液态燃料流动通过可渗水材料和水出口孔进入燃料箱中。

储存器安装在燃料箱中使得当飞行器在地面上时，储存器的基部37略微上倾使得过滤器39将处于低点处。

过滤器39包括诸如膜的渗透构件，该渗透构件由下述材料形成：该材料允许储存器中的液态水透过该渗透构件但基本上防止储存器中的液态碳氢化合物燃料透过该渗透构件。例如渗透构件可以包含氧化石墨烯(典型地，层状结构的氧化石墨烯微晶)、具有纳米孔阵列的结构、或竖向对准的中空纳米管的阵列比如碳纳米管。

水出口孔的直径应当不大于5mm。通过这种小的开口，针对配装过滤器39的最实际的解决方案为推入配装方法。因此，在优选的实施方式中，过滤器39包含一块氧化石墨烯，该块氧化石墨烯的形状和尺寸设定成使得其可以被推入配装到水出口孔中。氧化石墨烯块的端部可以被修整，使得端部与储存器的基部37的上表面和下表面齐平。

氧化石墨烯块可以通过如在http://www.3ders.org/articles/20141225-korean-researchers-expect-to-commercialize-graphene-3d-nano-printers-in-three-years.html以及同样在《Advanced Materials(先进材料)》第27卷第1期(出自2015年)第157-161页的Kim,Jung Hyun,Won Suk Chang,Daeho Kim,Jong Ryul Yang,Joong Tark Han,Geon-Woong Lee,Ji Tae Kim和Seung Kwon Seol的“3D Printing of Reduced Graphene Oxide Nanowires(还原氧化石墨烯纳米线的3D打印)”一文中所报道的3D打印技术来制造。

替代性地，氧化石墨烯块可以由如在http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-2296223/Lightest-material-Graphene-aerogel-balanced-atop-petals-flower.html中所描述的冷冻干燥碳和氧化石墨烯制成。

替代性地，过滤器39可以包含如Nair等人所描述的基于石墨烯的膜。

图5示出了储存器3的第二可能的内部构型的截面图。传感器出口34’以与图4中相同的方式构造，但是燃料入口32’延伸到贮槽36’中，如示出的那样。如上所述，储存器内的空气在压缩作用下起作用，以防止燃料/水混合物穿过储存器。与过滤器39相同的过滤器39’在与图4中的过滤器39相同的位置处配装至贮槽的基部。

图6示出了根据本发明的另外的实施方式的燃料箱系统。图6中的部件中的许多部件与图1中的部件相同，并且在这种情况下将使用相同的附图标记。燃料泵2通过感测线路的水平部分100、感测线路的竖向部分101和U形弯曲接头102连接至压力传感器4。图7示出了燃料箱的承载压力传感器4的后壁13并且还示出了感测线路的竖向部分101。

图8为示出了U形弯曲接头102的详细截面图。U形弯曲接头102具有带凸缘的端部连接器103，该带凸缘的端部连接器103连接至感测线路100、101的凸缘104。U形弯曲接头的低点部分通过将弯曲的过滤器管105在每个端部处连接至端部接头103而形成。弯曲的过滤器管105具有层状结构，该层状结构包括夹在一对支承管106之间的可渗水材料的管108。每个支承管106具有如图9中所示的带有孔隙107的蜂巢结构。支承管106在每个端部处例如通过粘结连接附接至端部连接器103。可渗水材料的管108使过滤器管105中的水能够流动通过可渗水材料和支承管106的孔隙107进入燃料箱中，但基本上防止液态燃料流动通过可渗水材料和支承管106的孔隙107进入燃料箱中。

如图6中可以看到的，U形弯曲接头102安装在泵2与压力传感器4之间的感测线路的局部低点处，使得感测线路中的水在渗透到燃料箱中之前将趋于流动至过滤器管105的低点位置。

图10示出了另外的替代实施方式，该另外的替代实施方式除了U形弯曲接头102由图11中详细示出的充气室150替代之外类似于图6至图9的实施方式。充气室150具有联接至水平感测线路100的燃料入口151和联接至竖向感测线路101的传感器出口152。充 气室的底板153朝向局部低点向下成角度，该局部低点包括覆盖与燃料箱流体连通的水出口孔的过滤器154。过滤器154与图4的实施方式中的过滤器39相同：即，过滤器154包括由可渗水材料形成的渗透构件，该渗透构件使充气室150中的水能够流动通过可渗水材料和水出口孔进入燃料箱中，但基本上防止充气室中的液态燃料流动通过可渗水材料和水出口孔进入燃料箱中。

图12示出了根据本发明的另外的实施方式的燃料箱系统。翼梁13在其“湿”侧上(燃料箱内部)承载阀200并且在其“干”侧上(燃料箱外部)承载致动器201。

图13为图12的燃料箱系统的详细截面图。阀包括具有阀室215的阀体210。阀室215具有燃料入口216和燃料出口217，其中，燃料入口216用于从入口连接器218接纳燃料/水混合物，燃料出口217用于将燃料/水混合物给送至出口连接器219。连接器218、219具有凸缘，该凸缘用于连接至贯穿燃料箱的管道(未示出)。

阀室215具有球状凹形内表面220。在阀室中安装有球阀构件231并且该球阀构件231具有球状凸形表面230，所述球状凸形表面230与阀室的内表面220对置。球阀构件231具有带有入口240和出口250的通道。在图13中，通道示出为处于打开位置，在该打开位置中，通道与阀室的出口216、217对准。致动器201可以经由阀轴260而使球阀构件旋转四分之一圈，即，从图13中示出的打开位置转至关闭位置，在打开位置中，通道使来自燃料入口216的燃料/水混合物能够流动通过阀室并流出燃料出口217，在关闭位置中，球阀构件防止来自燃料入口216的燃料/水混合物流动通过阀室并流出燃料出口217。

在对置的球状表面220、230之间存在薄球状空隙。密封环221配装至入口连接器218的出口端。当球阀构件处于如图13中所示的其打开位置中时，密封环221与球阀构件形成密封，以防止液体进入空隙。可选地，相似的密封环也可以配装至出口连接器219的入口端。尽管密封环221被设计成抑制液体流动进入介于对置的球状表面220、230之间的空隙中，但密封环221不能够完全地防止液体流动进入介于对置的球状表面220、230之间的空隙中，并且液体(燃料/水混合物)可以特别是当球阀构件在其打开位置与关闭位置之间 旋转时进入空隙。燃料/水混合物中的水随后可以流动至空隙的低点，在空隙的低点处，燃料/水混合物中的水可以使阀冻结并且锁定阀。

图14为阀的端视图，其示意性地表示了安装在阀体210中的四个过滤器的位置。阀体210由四个水出口孔形成，所述四个水出口孔与介于对置的球状表面220、230之间的空隙流体连通。水出口孔被分开，如图14中所示，并且每个出口孔由相应的过滤器300、310、320、330填充。

当阀沿图14的取向安装时，过滤器320位于球状阀室215的低点处。设置四个水出口孔(而非一个)使阀能够沿三个替代取向安装，在所述三个替代取向中，另外三个出口孔中的一个出口孔处于阀室的低点处。

在阀室215的低点处设置水出口孔使任何这样的水能够从阀室流动通过水出口孔并进入燃料箱中。过滤器300、310、320、330类似于前述实施方式中的过滤器39、154，过滤器300、310、320、330各自包括诸如膜的渗透构件，该渗透构件由下述材料形成：该材料允许液态水透过该渗透构件但基本上防止燃料/水混合物中的液态碳氢化合物燃料渗透通过该渗透构件。

在上述实施方式中，滤水器配装到球状阀体210中，以排空介于对置的球状表面220、230之间的空隙。在另一实施方式中，附加的可渗水过滤器也可以配装到球阀构件31中，使得水(而不是燃料)可以从球阀构件中的通道240、250流动通过附加的可渗水过滤器进入空隙中。

当阀被关闭时，水也可以积聚在燃料入口216或燃料出口217中。可以通过将附加的可渗水过滤器配装到入口连接器218/出口连接器219中而将这些水排出到燃料箱中。

尽管上面已经参照一个或更多个优选实施方式描述了本发明，但应当理解的是，在不脱离如所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以做出各种改变和修改。