BR102019024691A2

BR102019024691A2 - gerador de gás inerte, e, método para inertizar um tanque de combustível de aeronave

Info

Publication number: BR102019024691A2
Application number: BR102019024691-0A
Authority: BR
Inventors: Christophe Claris
Original assignee: Zodiac Aerotechnics
Priority date: 2018-11-23
Filing date: 2019-11-22
Publication date: 2021-06-22
Also published as: JP2020083316A; FR3088907A1; EP3656678A1; CA3062145A1; RU2019137470A; FR3088907B1; EP3656678B8; JP7396871B2; US20200164307A1; US11241653B2; EP3656678B1

Abstract

Esta invenção refere-se a um gerador (1) de gás inerte a partir de um fluxo de ar, em um sistema de inertização para pelo menos um tanque de combustível de aeronave, o gerador (1) compreendendo um sistema com uma entrada de ar e meio (5) para distribuir o fluxo de ar a uma pluralidade de módulos de separação de ar (2) arranjados em paralelo no sistema de ar para esgotar oxigênio no ar e gerar um gás inerte enriquecido com nitrogênio na saída, distinguido pelo fato de que compreende uma unidade de controle (6) programada para o meio de distribuição (5) seletivamente alimentar ar a um único, uma porção de ou todos os módulos de separação de ar (2), dependendo da fase de voo da aeronave.

Description

GERADOR DE GÁS INERTE, E, MÉTODO PARA INERTIZAR UM TANQUE DE COMBUSTÍVEL DE AERONAVE

CAMPO TÉCNICO

[001] Esta invenção refere-se à técnica de sistemas de geração de gás inerte, especialmente usados em sistemas de inertização para pelo menos um tanque de combustível de uma aeronave tal como um avião, um helicóptero ou similar.

TÉCNICA ANTERIOR

[002] No campo de aeronáutica, o uso de sistemas de inertização é bem conhecido por gerar um gás inerte, tal como nitrogênio ou qualquer outro gás inerte tal como dióxido de carbono, e para injetar o dito gás inerte em tanques de combustível por motivos de segurança a fim de reduzir o risco de explosão dos ditos tanques.

[003] De modo geral, um gerador de gás inerte compreende um sistema com uma entrada de ar e o meio para distribuir o fluxo de ar a uma pluralidade de módulos de separação de ar arranjados em paralelo no sistema de ar para esgotar oxigênio no ar e gerar um gás inerte enriquecido com nitrogênio na saída.

[004] Os sistemas de inertização atuais possibilitam que o gás inerte cujo nível de inflamabilidade é incompatível com as regras de certificação no campo de aviação, que são bem conhecidos por uma pessoa versada na técnica, seja introduzido em tanques de combustível.

[005] Na prática, os sistemas de inertização são dimensionados para introduzir uma quantidade de gás inerte calculada de acordo com um ponto operacional específico da aeronave, especialmente durante a fase de descida a 1.219,2 metros (4.000 pés).

[006] Esse ponto operacional específico possibilita que as exigências para a vazão e pureza do gás inerte sejam calculadas e que se deduza a partir disso o número e tipo de módulos de separação de ar exigidos. Exceto por esse ponto para dimensionar a aeronave, os tanques de combustível exigem menos gás inerte.

[007] A partir do que foi dito acima se segue que, para algumas fases de voo, o gerador de gás inerte implementado na técnica anterior atual é sobredimensionado em comparação com as exigências reais para gás inerte. O mesmo se aplica aos elementos de filtro e outros componentes do sistema de inertização, o que aumenta o peso, o consumo e o custo do sistema de inertização durante essas fases de voo.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[008] Um dos objetivos da invenção é, portanto, superar as desvantagens da técnica anterior provendo um gerador de gás inerte, assim como um método de inertização, que otimiza o tamanho e o uso de um sistema de inertização a fim de reduzir seu consumo e custo de uso.

[009] Outro objetivo da invenção é também prover um gerador de gás inerte como esse que compreenda componentes com uma vida útil mais longa.

[0010] Com essa finalidade, foi desenvolvido um gerador que gera gás inerte a partir de um fluxo de ar, especialmente incorporado em um sistema de inertização para pelo menos um tanque de combustível de aeronave, o gerador compreendendo um sistema com uma entrada de ar e o meio para distribuir o fluxo de ar a uma pluralidade de módulos de separação de ar arranjados em paralelo no sistema de ar para esgotar oxigênio no ar e gerar um gás inerte enriquecido com nitrogênio na saída.

[0011] De acordo com a invenção, o gerador de gás inerte compreende uma unidade de controle programada do meio de distribuição para seletivamente alimentar ar a um único, uma porção de ou todos os módulos de separação de ar, dependendo da fase de voo da aeronave.

[0012] Dessa forma, o uso dos módulos de separação de ar é ligado à exigência real de gás inerte, exigência essa que é especialmente determinada pela fase de voo da aeronave. Assim, o gerador de gás inerte consome a quantidade de ar necessária para atender à exigência de gás inerte. Qualquer consumo excessivo é evitado. A invenção, assim, possibilita que os custos operacionais do sistema e do gerador de gás inerte sejam reduzidos e também reduz o desgaste natural, aumentando, assim, a vida útil dos componentes no gerador de gás inerte.

[0013] Por exemplo, a unidade de controle é programada para alimentar ar a um único módulo de separação de ar quando a aeronave está na fase de cruzeiro e a um único ou a uma porção dos módulos quando a aeronave está na fase de subida.

[0014] Da mesma forma, a unidade de controle é preferivelmente programada para alimentar ar a uma pluralidade ou a todos os módulos de separação de ar quando a aeronave está na fase de descida.

[0015] Com base nesse conceito, várias modalidades, ou sozinhas ou em combinação, foram projetadas.

[0016] Por exemplo, de acordo com uma modalidade particular, quando um único ou uma porção dos módulos de separação de ar são alimentados com ar, a unidade de controle é programada para alimentar ar ao(s) módulo(s) de separação de ar com o menor número de horas de operação acumuladas dentre a pluralidade de módulos de separação de ar.

[0017] De acordo com outra modalidade, quando um único ou uma porção dos módulos de separação de ar são alimentados com ar, a unidade de controle é programada para alimentar ar ao(s) módulo(s) de separação de ar de melhor desempenho dentre a pluralidade de módulos de separação de ar, isto é, com o menor nível de oxigênio no gás inerte gerado.

[0018] O desempenho dos módulos de separação de ar pode ser medido quando a aeronave está na fase de descida, no solo ou na fase de cruzeiro.

[0019] Vantajosamente, o gerador de gás inerte compreende pelo menos um analisador de oxigênio e o meio para direcionar o gás inerte na saída de cada módulo de separação de ar ao analisador de oxigênio para medir o desempenho de cada módulo de separação de ar independentemente uns dos outros.

[0020] Essa característica possibilita que a pureza do gás inerte na saída de cada módulo de separação de ar seja verificada e que se escolha qual dos módulos de separação de ar deve ser usado se isso for baseado no critério de desempenho. Essa característica também possibilita verificar o desempenho dos módulos de separação de ar um por um, por exemplo, quando a aeronave está na fase de cruzeiro, no solo ou na fase de descida, de forma que provisão possa então ser feita para mudar um módulo de separação de ar que, por exemplo, sozinho, esteja funcionando de maneira inadequada. Na técnica anterior, é atualmente impossível testar o desempenho de cada módulo de separação de ar independentemente, de modo que, quando perdas de desempenho são detectadas, o conjunto inteiro de módulos de separação de ar, que compreende entre dois e cinco, ou mesmo mais, módulos muitas vezes precisa ser mudado.

[0021] Em outra modalidade, usada sozinha ou em combinação com as descritas, quando um único ou uma porção dos módulos de separação de ar são alimentados com ar, a unidade de controle é programada para alternar em um intervalo de tempo especificado a alimentação de ar ao(s) módulo(s) de separação de ar dentre a pluralidade de módulos de separação de ar.

[0022] Nessa configuração, a invenção pode trocar entre os vários módulos de separação de ar, após um período de uso especificado, para nivelar o desgaste natural dos vários módulos de separação de ar, por exemplo, trocando para os módulos a seguir, os módulos de melhor desempenho ou os módulos com o menor número de horas de operação acumuladas.

[0023] Assim, o uso e o desgaste natural dos vários módulos de separação de ar podem ser nivelados.

[0024] De acordo com uma modalidade particular, o meio de distribuição de fluxo de ar é na forma de uma válvula adequada, por exemplo, multicanal, que pode então direcionar o fluxo de ar a um ou mais módulos de separação de ar.

[0025] De acordo com outra modalidade, o meio de distribuição de fluxo de ar é na forma de uma pluralidade de válvulas, especialmente o mesmo número de válvulas que de módulos de separação de ar, cada uma arranjada a montante de um módulo de separação de ar.

[0026] Assim, dependendo de se as válvulas são usadas individualmente, em parte ou todas juntas, o fluxo de ar pode ser direcionado a um único, uma porção dos, ou todos os módulos de separação de ar.

[0027] Vantajosamente, para evitar qualquer recirculação de ar quando certos módulos de separação de ar não são usados, o gerador de gás inerte compreende válvulas de retenção posicionadas em cada saída de cada módulo de separação de ar.

[0028] A invenção também se refere a um método de inertização para um tanque de combustível de aeronave por meio de um gerador de gás inerte tal como aquele descrito acima. O método é notável pelo fato de que consiste em seletivamente alimentar ar a um único, vários ou todos os módulos de separação de ar, dependendo da fase de voo da aeronave.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0029] Vantagens e características adicionais tornar-se-ão mais claras a partir da descrição a seguir, dada a título de exemplo não limitante, do sistema de geração de gás inerte de acordo com a invenção, com referência aos desenhos anexos, nos quais:
[Fig 1]: a Figura 1 é uma representação esquemática de um sistema de inertização para um tanque de combustível de aeronave;
[Fig 2]: a Figura 2 é uma representação esquemática de um gerador de gás inerte, o meio de distribuição sendo controlado para alimentar ar a um único módulo de separação de ar;
[Fig 3]: a Figura 3 é uma representação esquemática similar àquela na Figura 2, o meio de distribuição sendo controlado para alimentar ar a uma porção dos módulos de separação de ar;
[Fig 4]: a Figura 4 é uma representação esquemática similar àquela na Figura 2, o meio de distribuição sendo controlado para alimentar ar a todos os módulos de separação de ar;
[Fig 5]: a Figura 5 é uma representação esquemática de outra modalidade do gerador de gás inerte, em que o meio de distribuição de fluxo de ar é na forma de uma pluralidade de válvulas, cada uma posicionada a montante de um módulo de separação de ar;
[Fig 6]: a Figura 6 é uma representação esquemática similar àquela na Figura 5, sem uma válvula a montante do analisador de oxigênio.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0030] Com referência à Figura 1, a invenção refere-se a um gerador de gás inerte (1) que compreende um sistema de ar (2) para esgotar oxigênio a fim de grar um gás inerte enriquecido com nitrogênio.

[0031] O gerador (1) é especialmente destinado a ser usado em um sistema de inertização (11) para pelo menos um tanque de combustível de aeronave (12). Com essa finalidade, o gerador de gás inerte (1) compreende uma entrada de ar (3) alimentada com ar de vazamento desviado de pelo menos um motor e/ou ar de uma cabine de passageiro e/ou ar de fora da aeronave por meio de um sistema de preparação de ar (14) que pode ser submetido a um compressor, e uma saída de gás inerte (4) conectada para inserir o meio de distribuição de gás (13) no(s) tanque(s) de combustível (12). O sistema de geração (1) também compreende uma saída de gás enriquecido com oxigênio (15).

[0032] O sistema de inertização (11) permite que um gás inerte seja gerado e introduzido no(s) dito(s) tanque(s) de combustível de aeronave (12) por motivos de segurança a fim de reduzir o risco de explosão dos ditos tanques. O gás inerte injetado visa tornar o(s) tanque(s) de combustível (12) inerte(s), isto é, permite que o nível de oxigênio presente dentro do(s) dito(s) tanque(s) seja reduzido e, especialmente, manter esse nível abaixo de um certo limiar, preferivelmente menos que 12%.

[0033] Com referência às Figuras 2 a 5, o gerador de gás inerte (1) compreende uma pluralidade de módulos de separação de ar (2), isto é, pelo menos dois, e preferivelmente pelo menos três, arranjados em paralelo no sistema de ar.

[0034] Os módulos de separação de ar (2) compreendem, por exemplo, membranas de polímero através das quais o ar pressurizado é injetado tal como para obter tanto um gás inerte com um alto teor de nitrogênio quanto um gás inerte com um alto teor de oxigênio.

[0035] Ademais, o gerador de gás inerte (1) compreende um meio de distribuição de fluxo de ar (5), posicionado a montante dos módulos de separação de ar (2). De acordo com a invenção, o gerador de gás inerte (1) compreende uma unidade de controle (6), tal como, por exemplo, uma placa eletrônica com software embutido, que possibilita que o meio de distribuição (5) seja controlado e gerenciado.

[0036] Mais especificamente, a unidade de controle (6) é programada para controlar o meio de distribuição (5) a fim de alimentar seletivamente um único, uma porção ou todos os módulos de separação de ar (2), dependendo da fase de voo da aeronave. Os dados relacionados à fase de voo da aeronave são recuperados pela unidade de controle usando qualquer meio adequado e são, por exemplo, transmitidos diretamente pelo computador a bordo da aeronave.

[0037] A invenção, assim, possibilita que o número de módulos de separação de ar (2) seja ajustado de forma que eles sejam usados de acordo com a real exigência de gás inerte para ser injetado nos tanques de combustível (12), que varia de acordo com a fase de voo da aeronave.

[0038] Por exemplo, a unidade de controle (6) pode ser programada para alimentar ar a uma porção dos módulos de separação de ar (2) e, preferivelmente, a um único módulo de separação de ar (2) quando a aeronave está na fase de cruzeiro ou de subida, vide Figuras 2 e 3, enquanto que ela pode ser programada para alimentar ar a uma pluralidade e preferivelmente a todos os módulos de separação de ar (2) quando a aeronave está na fase de descida, vide Figura 4.

[0039] Entende-se a partir do dito acima que a invenção também possibilita que o número total de horas durante as quais os módulos de separação de ar (2) são usados seja reduzido visto que, em alguns casos, certos módulos (2) não são usados.

[0040] Entende-se que a invenção possibilita que o tamanho do sistema de inertização (11) seja otimizado e, logo, reduzir significativamente o fluxo de ar consumido pelo gerador de gás inerte (1) e até mesmo otimizar o tamanho dos trocadores e dos elementos de filtro. Por conseguinte, isso obviamente possibilita que o custo de operação do sistema de inertização (11), e também o risco de sobrepressão e sobretemperatura nos tanques de combustível (12), seja reduzido.

[0041] Com base nesse conceito, a unidade de controle (6) é vantajosamente programada quando um único ou uma porção dos módulos de separação de ar (2) são alimentados com ar, para alimentar ar aos módulos de separação de ar (2) dentre a pluralidade de módulos de separação de ar (2) com o menor número de horas de operação acumuladas. Assim, os módulos de separação de ar (2) são escolhidos pela unidade de controle (6) e usados de acordo com seu número de horas de operação acumuladas, o que nivela o desgaste natural dos vários módulos de separação de ar (2) e, logo, otimiza sua vida útil. Por exemplo, isso possibilita que uma aeronave na fase de cruzeiro ou de subida troque entre os vários módulos de separação de ar (2). Isso torna o sistema de inertização ativo mais duradouro e barato.

[0042] De acordo com outra modalidade, quando um único ou uma porção dos módulos de separação de ar (2) são alimentados com ar, a unidade de controle (6) é preferivelmente programada para alimentar ar ao(s) módulo(s) de separação de ar (2) de melhor desempenho dentre a pluralidade de módulos de separação de ar (2), isto é, com o menor nível de oxigênio no gás inerte gerado.

[0043] A fim de avaliar o desempenho de cada módulo de separação de ar (2), o gerador de gás inerte (1) compreende pelo menos um analisador de oxigênio (7), e meios, especialmente canos e possivelmente válvulas (8), para direcionar o gás inerte na saída de cada módulo de separação de ar (2) ao analisador de oxigênio (7). Isso possibilita que o desempenho de cada módulo de separação de ar (2) seja medido independentemente um do outro.

[0044] Essa medição de desempenho pode ser realizada durante um voo, por exemplo, na fase de descida, ou no solo. Isso possibilita que o desempenho de cada um dos módulos de separação de ar (2) seja conhecido e alternar seu uso de acordo com esse desempenho.

[0045] De acordo com uma modalidade particular, especialmente ilustrada nas Figuras 2 a 4, o meio de distribuição de fluxo de ar (5) é, por exemplo, na forma de uma válvula multicanal (9), posicionada a montante de todos os módulos de separação de ar (2), adaptada para direcionar seletivamente o fluxo de ar a um único, uma porção ou todos os módulos de separação de ar (2).

[0046] Em outra modalidade, especialmente ilustrada na Figura 5, cada módulo de separação de ar (2) é conectado, a montante, a uma válvula (10), a qual, atuando cada uma das válvulas (10), possibilita que o ar seja alimentado seletivamente a um único, uma porção ou todos os módulos de separação de ar (2). Ademais, o gerador de gás inerte compreende válvulas de retenção (16) posicionadas na saída de cada módulo de separação de ar.

[0047] Com a válvula multicanal (9) ou com a pluralidade de válvulas (10), a presença das válvulas (8) a jusante do módulo de separação de ar (2) não é essencial, como mostrada na Figura 6.

[0048] De acordo com a invenção, a unidade de controle (6) gerencia, assim, o meio de distribuição de fluxo de ar (5) para usar e alimentar seletivamente os módulos de separação de ar (2), dependendo da fase de voo da aeronave. Quando um único ou uma porção dos módulos de separação de ar (2) tem de ser usado, a unidade de controle (6) escolhe os módulos (2) que precisam ser usados de acordo com vários critérios, tais como, por exemplo, de acordo com o desempenho, o desgaste natural, o número de horas de operação acumuladas, ou simplesmente de acordo com há quanto tempo eles são usados, a fim de trocar de um módulo de separação (2) para outro após um certo tempo de operação, por exemplo, uma hora.

[0049] As combinações desses critérios podem, é claro, ser concebidas. Tais como, por exemplo, a unidade de controle (6) pode escolher o módulo (2) com o menor número de horas de operação acumuladas e, se dois módulos (2) tiverem o mesmo número de horas de operação acumuladas, a unidade de controle (6) pode escolher o módulo com melhor desempenho dentre esses dois módulos (2). No final de um certo tempo de operação, o módulo (2) escolhido pode, então, ser substituído por outro módulo (2) de acordo com os mesmos critérios.

[0050] O conceito por trás da invenção reside em escolher o número de módulos de separação de ar (2) de acordo com a fase de voo. Isso possibilita que o tamanho do sistema de inertização (11) seja ajustado de acordo com a exigência real de gás inerte nos tanques de combustível (12). Ainda assim, os critérios para escolher os vários módulos (2) podem ser aplicados, sem preocupação com a fase de voo. Por exemplo, a escolha dos módulos (2) pode ser determinada unicamente por desgaste natural, desempenho, ou o período de uso efetivo (atraso), a fim de nivelar o desgaste natural dos vários módulos de separação de ar (2).

[0051] A invenção também consiste em um método de inertização para um tanque de combustível de aeronave por meio de um gerador de gás inerte (1) tal como o descrito acima. O método é notável pelo fato de que consiste em seletivamente alimentar ar a um único, uma porção ou todos os módulos de separação de ar (2), dependendo da fase de voo da aeronave e de acordo com os vários critérios para selecionar os módulos de separação de ar (2).

Claims

Gerador (1) de gás inerte a partir de um fluxo de ar, em um sistema de inertização para pelo menos um tanque de combustível de aeronave, o gerador (1) caracterizado pelo fato de que compreende um sistema com uma entrada de ar e meio (5) para distribuir o fluxo de ar a uma pluralidade de módulos de separação de ar (2) arranjados em paralelo no sistema de ar para esgotar oxigênio no ar e gerar um gás inerte enriquecido com nitrogênio em uma saída, em que o gerador compreende uma unidade de controle (6) do meio de distribuição (5) programada para seletivamente alimentar ar a um único, uma porção de ou todos os módulos de separação de ar (2) conforme uma fase de voo da aeronave.
Gerador (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle (6) é programada para alimentar ar a um único módulo de separação de ar (2) quando a aeronave está em uma fase de subida ou de cruzeiro.
Gerador (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle (6) é programada para alimentar ar a todos os módulos de separação de ar (2) quando a aeronave está em uma fase de descida.
Gerador (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que, quando um único ou uma porção dos módulos de separação de ar (2) são alimentados com ar, a unidade de controle (6) é programada para alimentar ar ao(s) módulo(s) de separação de ar (2) com um número mínimo de horas de operação acumuladas dentre a pluralidade de módulos de separação de ar (2).
Gerador (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que quando um único ou uma porção dos módulos de separação de ar (2) são alimentados com ar, a unidade de controle (6) é programada para alimentar ar ao(s) módulo(s) de separação de ar (2) de melhor desempenho dentre a pluralidade de módulos de separação de ar (2).
Gerador (1) de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o gerador compreende pelo menos um analisador de oxigênio (7) e meio (5) para direcionar o gás inerte na saída de cada módulo de separação de ar (2) para o analisador de oxigênio (7) para medir o desempenho de cada módulo de separação de ar (2) independentemente um do outro.
Gerador (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que quando um único ou uma porção dos módulos de separação de ar (2) são alimentados com ar, a unidade de controle (6) é programada para alternar em um atraso de tempo especificado a alimentação de ar ao(s) módulo(s) de separação de ar (2) dentre a pluralidade de módulos de separação de ar (2).
Gerador (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o meio de distribuição de fluxo de ar (5) é na forma de uma válvula multicanal (9).
Gerador (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o meio de distribuição (5) é na forma de um mesmo número de válvulas como módulos de separação de ar (2), cada uma das válvulas sendo arranjada a montante de um módulo de separação de ar (2).
Gerador (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o gerador compreende uma válvula de retenção (16) na saída de cada módulo de separação de ar (2).
Método para inertizar um tanque de combustível de aeronave por meio de um gerador (1) de gás inerte a partir de um fluxo de ar, que compreende um sistema de ar com uma entrada de ar, uma saída de gás inerte, e uma pluralidade de módulos de separação de ar (2) arranjados em paralelo no sistema de ar para esgotar oxigênio no ar e gerar um gás inerte enriquecido com nitrogênio na saída, caracterizado pelo fato de que o método consiste em alimentar ar seletivamente a um único, uma porção de ou todos os módulos de separação de ar (2), dependendo de uma fase de voo da aeronave.