机载惰性气体生成系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于在航空器上机载惰性气体生成以便惰化航空器上燃料箱和其它区域的设备和方法。
【背景技术】
[0002]在本申请文件中采用广泛接受的专业术语，其中术语“惰性气体生成”意指贫氧气氛或“富氮气氛”(NEA)的生成。众所周知，可使用一个或多个过滤器或者“空气分离模块”(ASM)将进气流分离成富氮空气(NEA)部分和富氧空气(OEA)部分。
[0003]目前的燃料箱惰化系统包含离心式压缩机以加压机舱空气，其一般需要压缩后换热器来使压缩空气降至71°C (160° F)的温度以便供应至空气分离模块。这一方案需要冲压空气冷却系统，其包括NACA进气口、管道、风扇、温控阀、换热器和用于排出冷却空气的出口。典型的使用机舱空气作为空气源的燃料箱惰化系统结构示出在附图1中。该图示出了一个两级压缩机，其包括具有中冷装置的两个压缩机以及将供应至空气分离模块的空气冷却至低于约71°C的压缩后换热器。中冷器和换热器二者一般都需要冲压空气冷却回路，该回路包括NACA进气口、管道、温度传感器和用于排出冷却空气的出口。设备的重量和为容纳该设备所需的空间以及外壳上多个开孔给航空器设计者带来了苛刻的限制。此外，上述因素会妨碍将这种设备加装到现有的航空器上。
[0004]通过重新设计的进气和NEA部分的流路，以及还将耐高温纤维和树脂用于构成空气分离模块的构件，使ASM技术得到发展，从而获得能够过滤具有高达约150°C (300° F)的入流温度的空气的空气分离模块。
【发明内容】
[0005]我们发现，可以提供一种大为简化的用于生成惰性气体的系统，其接收机舱空气、通过单级压缩机压缩该机舱空气然后将该机舱空气供应至ASM，而不需要传统装置的另外的第二级压缩机、中冷器和压缩后换热器及其各自的冷却回路。因此，该系统与以前使用的系统相比运行温度更高，但运行压力更低。较高的运行温度提升了空气分离模块的性能，这补偿了较低的运行压力的缺陷，从而使以前的分离性能得到保持。
[0006]据此，在一个方面，本发明提供一种用于航空器的机载惰性气体生成系统，其包括压缩机，该压缩机被构造成接收机舱废气并将压缩空气供应至空气分离模块，该空气分离模块被构造成将空气分离成富氮空气部分和富氧空气部分，其中压缩空气不经主动冷却而直接从压缩机进入空气分离模块。
[0007]术语“不经主动冷却”意指从压缩机向下游流至空气分离模块的气流不经过需要从外部流体源提供次级冷却流的换热器。但是，该术语并不排除冷却压缩机自身的可能性，例如借助散热片、冷却流体比如另一部分机舱空气的外部通路或者这些特征的组合来实施所述冷却。
[0008]在这种装置中，不再需要第二级压缩机、中冷器和第二级后换热器。这意味着惰性气体生成系统不需要提供用于供应至中冷器或压缩后冷却器的冲压空气，所以不再需要外壳的多个穿孔、相关的入口和出口以及管道，使得该装置适合用来加装。
[0009]压缩机可以被任何合适的原动机驱动，比如由航空器电气系统供电的电动马达或涡轮或轴动力驱动。
[0010]优选地，压缩机运行的压比在1.5和3.5之间，理想地约为2.5，以使传递温度不会超过空气分离模块的最大运行温度。
[0011]优选地，在使用时，压缩机运行以将压缩空气在超过80 °C且可高达1500C (300° F)的温度下传递至ASM。
[0012]在一个实施例中，包含控制器，其响应机舱废气的温度变化而调节压缩机的运转速度和压比中的至少一个，以保持供应至空气分离模块的压缩空气处于所述预定温度。这一实施例可以包含用于监测机舱废气温度的温度传感器以及控制器，该控制器响应于所述温度传感器而控制所述压缩机的运转速度和压比中的至少一个，以保持供应至空气分离模块的压缩空气处于所述预定温度。
[0013]机载惰性气体生成系统可以包含用于冷却NEA部分的机构；该机构可以包括被合适的冷却剂冷却的换热器，该冷却剂可以例如包括航空器燃料或机舱空气。
[0014]在另一方面，本发明提供一种在航空器上使用的机载惰性气体生成系统，该系统包括压缩机和控制器，该压缩机被构造成接收机舱废气并将压缩空气传递至空气分离模块，该控制器响应机舱废气的温度而调节所述压缩机的运转速度和压比中的至少一个，从而保持供应至所述空气分离模块的压缩机空气处于预定水平。
[0015]在另一方面，本发明提供一种机载惰性气体的生成方法，其包括:将机舱空气供应至单级压缩机、将压缩空气从所述压缩机输送至空气分离模块、从所述空气分离模块获取所述压缩空气的NEA部分，其中，不在所述压缩机和所述空气分离模块之间主动冷却所述压缩空气。
[0016]在又一方面，本发明提供一种航空器上的机载惰性气体生成系统的方法，包括:向压缩机供应机舱废气、将压缩空气从所述压缩机传递至空气分离模块、控制压缩机以保持被供应至所述空气分离模块的压缩空气处于预定温度。
[0017]尽管上文描述了本发明，但是本发明覆盖了在上文或者后续描述或权利要求书中所陈述的任何特征或其创造性组合。
【附图说明】
[0018]以下将参照附图仅以示例方式描述本发明，其中:
[0019]图1是航空器燃料箱惰化系统的现有技术装置的框图，和
[0020]图2是根据本发明的航空器燃料箱惰化系统的框图。
【具体实施方式】
[0021]参见图2，经过防尘网的机舱废气从航空器机舱被供应至单级压缩机10。单级压缩机一般接收温度高达24°C的机舱空气并且能够在2.5的压比下以70%的等熵效率运行。单级压缩机将温度高达150°C的压缩空气传递至空气分离模块(ASM) 12。来自ASM 12的NEA部分经由控制阀14输送到航空器燃料箱16。若需要，来自空气分离模块的NEA部分可以通过以标记18示意性示出的合适机构来冷却。例如，它可以通过使用合适的换热器被航空器燃料冷却。从NEA传导至航空器燃料的热量可以用于有益地在航空器燃料离开燃料箱以输送至航空器发动机时预热航空器燃料。这可以改善发动机性能，还能产生防冰效果。
[0022]在另一装置中，NEA可以通过设于燃料箱外部的合适换热器用合适的冷却剂例如另一部分机舱空气来冷却。
[0023]压缩机10还可以包含如标记8所标示的集成在一起的冷却装置。
[0024]温度传感器20设置在压缩机入口处并且向控制器22提供温度信号，该控制器控制驱动压缩机的马达24的速度，从而确保离开压缩机的流体的温度被控制在恒定的水平，一般为150°C。在运行中，如果提供至压缩机的机舱空气的温度发生变化，那么控制器调节压缩机速度并因而调节其压比，以保持通向ASM 12的流体的温度基本恒定。应理解，也可以有替代的控制系统，它探测压缩机出口处的温度并据此调节驱动压缩机的马达的速度。
[0025]在以上实施例中，压缩机可以是离心式压缩机、回转式正排量压缩机或任何其它合适的压缩机。
[0026]本文描述的实施例显著降低了系统成本、重量和占用空间，并且还增大了系统效率、可靠性和可得性。
【主权项】
1.一种用于航空器的机载惰性气体生成系统，包括压缩机(10)，该压缩机被构造成接收机舱废气并将压缩空气供应至空气分离模块(12)，该空气分离模块被构造成将空气分离成富氮空气部分和富氧空气部分，其中所述压缩空气不经主动冷却而直接从所述压缩机进入所述空气分离模块。
2.根据权利要求1所述的机载惰性气体生成系统，其中，所述压缩机包括壳体和用于所述壳体的冷却装置。
3.根据权利要求1或2所述的机载惰性气体生成系统，其中，所述压缩机(10)运行的压比在1.5和3.5之间。
4.根据权利要求3所述的机载惰性气体生成系统，其中，所述压缩机(10)运行的压比约为2.5。
5.根据权利要求1或2所述的机载惰性气体生成系统，其中，所述压缩机(10)运行时将处于预定温度的预定压缩空气传递至所述空气分离模块(12)。
6.根据权利要求5所述的机载惰性气体生成系统，还包含控制器(22)，控制器响应所述机舱废气的温度而调节所述压缩机的运转速度和压比中的至少一个，以保持供应至所述空气分离模块(12)的所述压缩空气处于所述预定温度。
7.根据权利要求6所述的机载惰性气体生成系统，还包含温度传感器(20)以及控制器(22)，该温度传感器用于监测所述机舱废气的温度，该控制器响应所述温度传感器而控制所述压缩机(12)的运转速度和压比中的至少一个，以保持供应至所述空气分离模块(12)的所述压缩空气处于所述预定温度。
8.根据权利要求1-7中任一所述的机载惰性气体生成系统，还包含用于冷却所述富氮气体部分的冷却装置(18)。
9.根据权利要求8所述的机载惰性气体生成系统，其中，所述冷却装置(18)包括换热器，该换热器具有用于接收航空器燃料的冷却剂路径。
10.根据权利要求8所述的机载惰性气体生成系统，其中，所述冷却装置(18)包括换热器，该换热器具有用于接收机舱空气的冷却剂路径。
11.一种在航空器上使用的机载惰性气体生成系统，包括压缩机(10)和控制器(22)，该压缩机被构造成接收机舱废气并将压缩空气传递至空气分离模块(12)，该控制器响应所述机舱废气的温度而调节所述压缩机的运转速度和压比中的至少一个，以保持供应至所述空气分离模块(12)的压缩机空气处于预定水平。
12.—种机载惰性气体的生成方法，包括:将机舱空气供应至单级压缩机(10)、将压缩空气从所述压缩机送至空气分离模块(12)、从所述空气分离模块获取所述压缩空气的富氮气体部分，其中不在所述压缩机和所述空气分离模块之间主动冷却所述压缩空气。
13.一种航空器上的机载惰性气体生成系统的方法，包括:向压缩机(10)供应机舱废气、将压缩空气从所述压缩机输送至空气分离模块(12)、控制所述压缩机以保持供应至所述空气分离模块(12)的所述压缩空气处于预定温度。
【专利摘要】一种用于航空器的机载惰性气体生成系统，包括压缩机(10)，该压缩机被构造成接收机舱废气并将压缩空气供应至空气分离模块(12)，该空气分离模块被构造成将空气分离成富氮空气部分和富氧空气部分，其中压缩空气不经主动冷却直接从压缩机进入空气分离模块。
【IPC分类】B64D37-32
【公开号】CN104691770
【申请号】CN201410743588
【发明人】A·E·梅西
【申请人】伊顿有限公司
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2014年12月8日
【公告号】CA2873639A1, EP2915750A1, US20150158596