CN103362695A - 用于降低可燃性的燃料蒸气去除方法和系统 - Google Patents

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CN103362695A CN2013100987606A CN201310098760A CN103362695A CN 103362695 A CN103362695 A CN 103362695A CN 2013100987606 A CN2013100987606 A CN 2013100987606A CN 201310098760 A CN201310098760 A CN 201310098760A CN 103362695 A CN103362695 A CN 103362695A
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Abstract

本发明名称为“用于降低可燃性的燃料蒸气去除方法和系统”。燃料蒸气去除方法,其包括从交通工具的燃料罐的罐空去除燃料蒸气,将从罐空去除的燃料蒸气吸附在交通工具上的吸附介质上,和当在交通工具上时从吸附介质脱附燃料蒸气。燃料蒸气去除方法包括使用添加至罐空的空气从燃料罐罐空吹扫燃料蒸气,使用空气吹扫降低罐空中的燃料空气比,并且将吹扫的燃料蒸气吸附在吸附介质上。燃料蒸气去除系统包括具有罐空的燃料罐、吸附系统——其包括与罐空和罐空吹扫系统流体连接的燃料蒸气吸附介质、和控制器。控制器包括可燃性确定系统,并且配置为在罐空具备可燃性之前通过吹扫系统从罐空开始去除燃料蒸气至吸附介质上。

Description

用于降低可燃性的燃料蒸气去除方法和系统
技术领域
实施方式涉及燃料蒸气去除方法和系统,比如用于航空器。 
背景技术
在燃料罐的情况下,“惰化”可以指使燃料罐中的罐空(ullage)不可燃的方法。联邦航空管理局(Federal Aviation Administration)(FAA)在1990和2001之间一系列燃料罐爆炸之后重新考虑航空器燃料罐的安全性。国家运输安全委员会(National Transport Safety Board)(NTSB)增加“运输类别航空器中的燃料罐内爆炸性混合物”为其1997年“最需要的”运输安全目录的第一项。 
一些已知的燃料罐具有含有液态燃料的区域和通常含有蒸发的燃料(即,燃料蒸气)的罐空区域。在空气的存在下,混合物可在罐空中具备燃料空气比,并且当罐空中的燃料空气比位于某一范围内时可出现点火。可燃性下限定义为低于其燃料空气比太小而无法点火的阈值。类似地,可燃性上限定义为高于其燃料空气比太大而无法点火的阈值。可燃性下限和可燃性上限之间的燃料空气比称为可燃的。 
在海平面温度低于100℉处,Jet A燃料的罐空燃料空气比一般位于可燃性下限以下。但是,存在已知的条件可导致超过可燃性下限。一个例子包括在起飞之后罐罐空压力的快速降低,比如在燃料罐温度充分降低之前当航空器在短时间内到达高海拔时。 
FAA规章要求新的和使用中的运输航空器包括增强航空器燃料罐的安全性的系统。一种已知的系统使用惰性气体,比如氮气,以降低罐空中 的氧气浓度。这种系统是昂贵的、复杂的并且增加航空器的重量。另一种已知的系统冷却罐空混合物以冷凝出燃料蒸气并且保持燃料罐罐空处于相对低的燃料空气比,明显低于可燃性界限。有可能改善用于降低燃料罐可燃性的方法和系统。 
发明内容
在一种实施方式中,燃料蒸气去除方法包括从交通工具的燃料罐的罐空去除燃料蒸气,将从罐空去除的燃料蒸气吸附在交通工具的吸附介质上,和当在交通工具上时从吸附介质脱附燃料蒸气。 
在另一种实施方式中,燃料蒸气去除方法包括使用添加至罐空的空气从燃料罐的罐空吹扫燃料蒸气,使用空气吹扫降低罐空中的燃料空气比,和使吹扫的燃料蒸气吸附在吸附介质上。 
在进一步实施方式中,燃料蒸气去除系统包括具有罐空的燃料罐;吸附系统,其包括与罐空和罐空吹扫系统流体连接的燃料蒸气吸附介质;和控制器。控制器包括可燃性测定系统,并且被配置为在罐空具备可燃性之前通过吹扫系统开始从罐空去除燃料蒸气至吸附介质上。 
附图简述 
下面参考下列附图描述一些实施方式。 
图1和2是根据两个实施方式的燃料蒸气去除系统的示意图。 
图3-7是进一步详细显示的图2系统的一些组件的示意图。 
发明详述 
本文所述的实施方式可减少从燃料罐排出(discharge)燃料蒸气。而且,实施方式可使得燃料罐罐空与点火源不反应,即,使其惰化,或换句话说,当遇到点火源时限制火焰的形成。 
实施方式可在燃料罐维护(填充)期间,减少从燃料罐排出燃料蒸气。在燃料罐填充期间通过燃料罐出口刚刚排出燃料罐的一些燃料蒸气可被吸附在燃料蒸气吸附介质中,或吸附剂比如活性炭中。 
实施方式可通过用预防性系统降低罐空燃料空气比而降低燃料罐罐空可燃性。可通过降低罐空燃料空气比明显低于可燃性下限(或燃烧阈值)使得可燃的燃料罐罐空与点火源不反应(即,惰化)。系统可用外部(环境)空气吹扫燃料罐罐空。吹扫的燃料蒸气可被吸附剂吸附。 
实施方式可在机上(onboard)脱附(或再活化)吸附剂。释放的燃料蒸气可: 
(a)被冷凝成液态燃料并且返回至燃料罐,或 
(b)通过管道输送至推进发动机用于燃烧/破坏,或 
(c)排放到机外(overborad)。 
实施方式使用吸附的方法,其可包括将化学品种类粘附到物质比如颗粒的表面。吸附不同于其中物质仅仅扩散进入液体或固体中的吸收。可在实施方式中使用各种吸附材料,比如活性炭。已知活性炭用于吸附燃料蒸气。 
当燃料罐正在维护时实施方式可使用吸气泵抽回罐空混合物。抽回的罐空混合物可被引导通过吸附燃料蒸气的吸附剂并且排出低燃料蒸气含量的空气。当燃料被加入至燃料罐时,立即迫使罐空混合物通过燃料罐出口到燃料罐外至环境中。燃料蒸气是有臭味的并且排出物的一些组分被认为是致癌的。燃料蒸气被认为对人体和环境有害。为此,汽车和加油站具有燃料蒸气回收系统。每年航空使用数十亿加仑的燃料,并且在燃料罐维护期间数十亿立方英尺的罐空混合物排放到外部环境。 
实施方式可使用罐空吹扫用于从罐空去除燃料蒸气以降低罐空燃料空气比。预先吹扫燃料罐可减少燃料罐变得可燃的发生。可在期望的燃料温度(或燃料空气比,因为它们与罐空饱和度相关)选择吹扫过程的开始。 
当燃料温度(T燃料)等于或高于可燃性下限温度Tlfl时燃料罐趋于变得可燃。在该实施方式中,罐空的吹扫可在低于可燃性下限温度的燃料温度(本文称为T开始)下开始并且可在低于开始温度T开始的燃料温度(本文称为T停止)下停止。这确保不可燃罐空混合物与点火源不反应,即惰性的。在燃料罐温度已经高于Tlfl的情况下(即,燃料罐是可燃的),开始吹扫去除可燃的罐 空混合物并且用环境空气稀释罐空,因此逐渐降低罐空可燃性并且使其惰化。 
如果将燃料罐排气,可使用燃料罐压力(P燃料)或环境压力(P环境)确定吹扫开始温度(T开始)和停止温度(T停止)。确定T开始和T停止的方法可存在于系统控制器中。控制器也可含有开始和关闭燃料罐吹扫功能的逻辑。可使用吸气泵完成罐空吹扫,所述吸气泵抽回罐空混合物通过吸附剂并且排出低燃料含量的空气至机外。外部空气可通过燃料罐出口和/或类似功能的其他开口进入燃料罐以占据由抽出的罐空混合物腾出的空间。 
当燃料罐为惰性的时,可发生吸附剂的再活化。在高海拔处当燃料温度(T燃料)明显低于可燃性下限温度Tlfl时,燃料罐一般是惰性的。通过比较燃料温度(T燃料)与相关的吹扫系统开始温度(T开始),系统逻辑首先确认罐空是惰性的。在确认惰性状态后,如果外部空气压力(P环境)低于所选择的设计压力(Pr),则再活化系统运行。在排气的燃料罐的情况下,P环境等于P燃料并且其可用作决定因素。 
在再活化过程期间,热空气可被迫使通过吸附剂以有助于吸附的燃料蒸气的释放和去除。在再活化过程期间可周期性地或持续地检查罐空可燃性。如果T燃料超过相关的T开始(即,遇到有益于使罐空成为非惰性的条件),可暂停再活化过程并且激活吹扫过程。当存在再活化过程的条件时,再活化过程可自动重新开始。再活化过程可持续运行直到P环境或P燃料变得大于Pr。在高海拔(或低压力)处的脱附作用可使用“变压脱附”原则。在变压脱附中,降低吸附剂的绝对压力有助于脱附和吸附剂工作能力的恢复。脱附的燃料可通过热再活化空气从吸附剂被扫除。 
来自脱附系统的富含燃料蒸气的空气可另外通过管道输送至: 
(a)推进发动机(一个或多个)用于燃烧/破坏,或 
(b)热交换器用于冷却(或许使用外部空气),在燃料油雾分离器中分离冷凝的燃料蒸气,将冷凝的燃料返回燃料罐,并且将低烃含量的空气排放到机外,或 
(c)排出端口用于在飞行期间排放到机外。 
实施方式的益处可包括在燃料罐维护期间减少燃料蒸气排出至外部环境。目前,没有条例禁止在飞机燃料罐的维护期间排放燃料蒸气。但是,此类条例存在用于汽车站和维修站。就减少燃料蒸气释放变得可取而言,前面段落中的选项(a)和(b)可提供做这些的成本有效的方法。同样地,选项(c)通过将燃料蒸气分散在高海拔处的宽阔区域而减少局部释放。 
另一益处包括不使用惰性气体而使燃料罐惰化的方法。燃料罐的吹扫是基于贫燃料空气混合物不点火的事实的有效方法。对于从海平面至45,000英尺的海拔,Jet A燃料的燃烧的阈值燃料空气比为约0.03。在海平面约105℉的温度下,该燃料空气比可出现在燃料蒸气饱和的罐空中,在35,000英尺海拔线性降低至约60℉。在该实施方式中,人们可选择对应于约0.02的饱和燃料空气比的燃料温度,以开始罐空吹扫并且提供高的安全性系数。可代替使用选择燃料温度的另一基础。0.02的饱和燃料空气比对应于在海平面约85℉的T开始和在35,000英尺的45℉。即使当燃料温度更高或燃料罐被加热时,本文的系统和方法可保持燃料罐罐空燃料空气比明显低于0.02,并且防止燃料罐变得可燃。在开始吹扫过程时燃料罐是可燃的情况下,系统可降低罐空可燃性并且使其惰化。 
进一步的益处包括使用或不使用发动机运行而使燃料罐惰化。不能使用已知的用于惰化的氮气系统(NGS),直到高压空气是可得的。这可能需要运行发动机以用于机载惰性气体产生系统(OBIGGS)。该实施方式使用NGS需要的动力的一小部分。该实施方式不产生存在窒息的危险的富氮空气(NEA)。而且,该实施方式不产生存在着火危险的富氧空气(OEA)。另外,该实施方式对于供应至燃料罐的每立方英尺的NEA不排出1立方英尺的负载烃的罐空混合物。而是,该实施方式提供十分安全的方法和系统以惰化料罐。 
仍进一步的益处包括使燃料罐惰化而不用昂贵的组件,比如NGS所使用的那些,例如包括中空纤维膜(HFM)、高效空气过滤器、臭氧转化器、涡轮压缩机、氧传感器等的空气分离模块(ASM)。该实施方式可能配置具有仅仅一个移动部件,吹风机;一种高可靠性的简单组件,其可以在原位 被容易更换,因此提高系统的实用性。维护NGS的复杂性需要来自最低设备清单(Minimum Equipment List)(MEL)要求或允许航空器的性能运转必须的最少组件的10-20天缓和期。10-20天缓和期意味着航空器可能用故障NGS运行10-20天。这挫败NGS的目的。 
仍其他益处包括减少对备件的需要、降低维修费用、降低重复和非重复成本、以及真正使燃料罐惰化的方法。按照FAA要求设计的NGS在所有可预知的条件下不使燃料罐惰化。NGS设计要求(联邦法规法典CFR第14编附录A,部分25(Appendix N of 14 Code of Federal Regulations,parts 25))不是基于当罐空暴露于点火源时防止火焰的形成。而是,该设计要求基于破坏安装在与典型的航空器燃料罐不相似的9.0立方英尺测试燃料罐上的100平方英寸箔膜(foil diaphragm)所必须的内部压力(或力)的发展。尽管其可能在一些环境下使得燃料罐惰化,用于NGS设计的此类设计规格不确保在所有可预见的操作条件期间使罐空惰化(不可燃)。 
描述在授权给Martinov的美国专利号6,343,465中的另一种已知系统包括从罐空管道输送燃料烟气(fume-vapor)至航空器发动机。相比之下,本文的一些实施方式不需要运行发动机或辅助动力系统(APU)用于操作。性能(罐空混合物去除速率)可能独立于发动机功率。该实施方式可用于在发动机使用地面电源启动之前降低罐空可燃性或使罐空惰化。 
在一种实施方式中,燃料蒸气去除方法包括从交通工具的燃料罐的罐空去除燃料蒸气;将从罐空去除的燃料蒸气吸附在交通工具上的吸附介质上;和当在交通工具上时从吸附介质脱附燃料蒸气。 
通过举例的方式,该方法可进一步包括在从罐空去除燃料蒸气之前确定罐空正在接近可燃性。交通工具可包括航空器,并且当航空器在飞行时可进行燃料蒸气的脱附。该方法可进一步包括当航空器在飞行时将脱附的燃料蒸气排放到机外,或在航空器的推进发动机中燃烧脱附的燃料蒸气。替代地,该方法可进一步包括冷凝脱附的燃料蒸气并且将冷凝的燃料返回至燃料罐。 
燃料蒸气的去除可包括用添加至罐空的空气吹扫罐空,并且该方法可 进一步包括使用空气吹扫降低罐空中的燃料空气比。降低的燃料空气比可以低于可燃性界限。添加的空气可来自航空器的外部或来自机载来源。添加的空气可被调节。 
当罐空中的燃料空气比低于可燃性界限时,可发生燃料蒸气的脱附。吸附介质可含有活性炭,并且燃料蒸气的脱附可包括再活化活性炭。吸附介质可含有不同于活性炭的物质。所以,吸附介质可表征为具备适合本文所述目的的吸附性质。尽管许多材料可能潜在地吸附燃料蒸气,但是具有足够高表面积的那些将是有益的。通常,打算用于已知燃料蒸气吸附应用的介质为了该目的被评价其吸附能力。此类介质可适合本文的实施方式。吸附介质可在吸附结束时脱附开始之前具备第一温度。燃料蒸气的脱附可包括使空气流动经过介质,流过的空气具备高于第一温度的第二温度并且介质处在低于14.7磅每平方英寸(psi)的压力下。 
在另一种实施方式中,燃料蒸气去除方法包括使用添加至罐空的空气吹扫来自燃料罐的罐空的燃料蒸气,使用空气吹扫降低罐空中的燃料空气比,和将吹扫的燃料蒸气吸附至吸附介质上。 
通过举例的方式,燃料罐和吸附介质可在航空器上。降低的燃料空气比可低于可燃性界限。该方法可进一步包括当燃料空气比低于可燃性界限时,从吸附介质脱附燃料蒸气。吸附介质可在吸附结束时脱附开始之前具备第一温度。燃料蒸气的脱附可包括使空气流动经过介质,流过的空气具备高于第一温度的第二温度,并且介质处在低于14.7psi的压力下。燃料罐和吸附介质可在航空器上。而且,当航空器在飞行时可发生燃料蒸气的脱附。此外,流过的空气可含有环境空气和/或消耗的冲压空气,当航空器在飞行时其任一个可能低于14.7psi。然而,如供应的流过的空气可具备14.7psi或更高的压力,但是当流过的空气膨胀进入具有产生的压降的吸附器(例如,吸附器53)时仍使得介质压力低于14.7psi。 
在进一步实施方式中,燃料蒸气去除系统包括具有罐空的燃料罐;吸附系统,其包括与罐空和罐空吹扫系统流体连接的燃料蒸气吸附介质;和控制器。控制器包括可燃性确定系统,并且配置为在罐空具备可燃性之前 通过吹扫系统从罐空开始去除燃料蒸气到吸附介质上。 
通过举例的方式,系统可进一步包括交通工具,其中燃料罐是交通工具的燃料罐并且吸附系统在交通工具上。交通工具可包括航空器。吸附系统可以是吸附和脱附系统。因此,其可进一步包括燃料蒸气脱附系统,控制器被进一步配置为通过吹扫系统停止燃料蒸气去除,并且通过脱附系统当罐空不可燃时开始燃料蒸气脱附作用。脱附系统可包括空气吹风机和与吸附介质流体连接的空气加热器。 
而且,吹扫系统可包括在燃料罐上的空气入口和与吸附介质流体连接的吸气泵。可燃性确定系统可包括燃料温度传感器、燃料罐压力传感器、和处理器,其配置为使用至少燃料温度和燃料罐压力确定可燃性。吸附介质可包括活性炭。 
作为更具体的实施例,图1中的系统1包括具有罐空的燃料罐100。吸附系统5包括燃料蒸气吸附介质(未显示),其通过导管51与燃料罐100的罐空流体连接。吸附系统5也包括与其流体连接的吸附的燃料蒸气吹扫系统(未显示)。系统1包括具有可燃性确定系统的控制器3。控制器3接收指示燃料罐100的状态的信号9并且在燃料罐100的罐空具备可燃性之前开始燃料罐罐空吹扫。通过控制器3发送信号7至吸附系统5开始吹扫,其吹扫罐空到吸附介质上。 
作为进一步的实施例,图2中的系统10可在航空器,比如飞机上,并且包括:控制和指示面板20(详见图3)、系统控制器30(详见图4)、本文称为(ADS)的吸附和脱附系统50(详见图5)、本文称为(FTS)的燃料蒸汽处理系统、和燃料罐100(详见图6)。描述了FTS的3个实施方式:实施方式A、70、图6A(下文为FTSA);实施方式B、80、图6B(下文为FTSB);和实施方式C、90、图6C(下文为FTSC)。为了简单,实施方式C与其他FTS实施方式包括在一起。但是,技术上而言,实施方式C不结合“处理”,因为来自吸附器的负载燃料蒸气的排放物在实施方式C中的脱附过程期间排出到机外。 
图3更详细显示控制和指示面板20。面板包括用于系统选择的手动开 关12。在ON位置处的开关12提供信号14至系统控制器30(图4)以管理ADS 50(图5)和FTS(图6A或6B或6C)的操作。系统10的操作可完全自动化并且不需要操作人员动作。 
当ADS未按照设计操作时,面板20接收来自控制器30的信号34。信号34可用于建议、警报或警告。其可用于点亮吹风机指示器18。 
面板20可包括或多或少的指示器,例如,可添加燃料温度和/或可去除吹风机指示器18。而且,面板20可通过硬接线系统10删除,以便当在航空器上电源可用时,其可被供电。如果使用,面板20可位于飞机座舱或任何其他适当的位置。 
系统控制器30显示在图4中并且包括处理器32,其接收来自发送P 燃料的燃料压力传感器P的信号106和来自发送T燃料的燃料温度传感器T的信号108。当输油软管与输油端口连接时,控制器30也接收信号44。下面讨论控制器接收和发送的其他信号。 
在从面板20接收信号14后,微处理器32执行许多功能。微处理器32产生ADS 50的T开始和T停止温度。其使用来自图7中燃料罐压力传感器P的燃料罐压力P燃料信号106以通过下列两个方法之一产生T开始和T停止温度:(a)使用P燃料从存储在微处理器32内存中的数据查询表确定T开始和T 停止,或(b)使用在微处理器中编程的已知算法。表查询方法可具有更大的好处。存储在微处理器32中的数据可为图4中图形显示的类型。 
可燃性下限(LFL)温度Tlfl仅作为一个实施例显示在图4中。在燃料温度等于可燃性下限时,如果允许罐空用燃料蒸气饱和,则罐空可能变得可燃(非惰性的)。在燃料罐中,当燃料温度高于Tlfl时,罐空燃料空气比可变得大于燃烧阈值。对于Jet A燃料,从海平面至约45,000英尺燃烧阈值燃料空气比为约0.03。可燃性下限温度没有必要存储在微处理器32的内存中。可燃性下限温度显示在图4中仅仅图形指示T开始温度在所有的操作状态期间低于Tlfl。这确保在燃料空气比低于燃烧阈值时开始燃料罐罐空吹扫。Tlfl和T开始之间的差是安全性系数并且可由系统设计人员选择。 
当信号44出现时微处理器32产生信号38。信号44指示燃料维护软 管与燃料维护端口105连接(图7)。可使用感测维护软管与燃料维护端口105连接的任何已知方法,包括手动on/off开关。信号44的出现可用于指示当将燃料泵入罐100时燃料蒸气将释放到燃料罐100外面(图7)。信号38使得吸附过程在ADS 50中开始。信号38使得关闭阀56打开并且吹风机57运行(图5)。这使得罐空110中的罐空混合物经导管51、止回阀52、吸附器53和关闭阀56流动至吹风机57(图5)。存在于抽回的罐空混合物中的燃料蒸气由吸附介质54吸附,并且具有极低燃料蒸气含量的空气接着通过排出58排放至环境。空气通过环境出口104和空气入口端口103(图7)进入燃料罐100(以替换未被进入燃料罐100的燃料填充的抽回的罐空混合物体积)。空气入口端口103可结合止回阀以在航空器爬升期间减少罐空混合物通过它们排出。而且,例如,如果环境出口104单独是足够的,空气入口端口103可被去除。在信号44去除后,信号38停止。这使得阀56关闭并且吹风机57停止运行。 
微处理器32持续进行T燃料和T开始温度的比较分析并且当T燃料高于T 开始时产生信号38。信号38开始ADS 50操作。 
当信号38出现时,由于信号44的存在(见上面)或由于T燃料>T开始(见上面),微处理器32检查罐空混合物流经吸附器53。流动验证确认吹风机57和吸附器53的期望性能。验证可使用发送信号60至控制器30的压差传感器59(图5)进行。设计阈值DPf内的压差信号60表示适当的吹风机/吸附器性能。当信号60在所选择的阈值DPf之外时,其产生发送的信号34至控制和指示面板20,图3,以使吹风机指示器18变亮。DPf存储在微处理器32的内存中。 
微处理器32比较T燃料和T停止温度并且当T燃料等于或小于T停止时产生信号36。这种状态表示燃料罐温度(并且因此罐空燃料空气比)低于期望值并且进一步燃料罐罐空的吹扫是不必要的。如果之前运行吸附过程,接着信号36通过关闭关闭阀56和使吹风机57停止而使过程停止,从而没有罐空混合物流过ADS 50。 
微处理器32产生信号40并且发送其至ADS 50以当满足脱附系统开 始参数时开始脱附过程。当燃料罐100为惰性(即T燃料≤T开始)并且外部空气压力(P环境)等于或小于所选择的阈值压力Pr(Pamb≤Pr)时,脱附系统开始运行。在排气的燃料罐的情况下,燃料罐压力P燃料等于环境压力P环境并且其可用于取代P环境。阈值压力Pr存储在微处理器32的内存中。脱附开始低于阈值压力Pr,因为吸附剂在低压下容易脱附。 
信号40打开关闭阀64,为加热器63供电,并且为图5中显示的ADS50的吹风机62的风扇供电。加热器63可以是电动的或风动的(通过阀控制的热空气供应,未显示)。吹风机62经导管61获得空气。空气可以是环境空气或来自另一系统的消耗的空气,例如来自空气调节系统换热器(未显示)的下游的冲压空气。空气为消耗的冲压空气可以是有益的,因为其通常比外部环境空气具有更高的温度。流经吸附器53的热空气从吸附器介质54脱附燃料蒸气并且富含燃料蒸气的空气在导管65中排放至吸附器53外。导管65中的空气经过止回阀66进入导管71,其输送空气至3个燃料蒸汽处理系统之一(实施方式A、70、图6A(FTSA);实施方式B、80、图6B(FTSB);和实施方式C、90、图6C(FTSC))。图5显示加热器63加热吹风机62输送的空气。如果导管61输送的空气具有足够的温度用于吸附器介质54的脱附,可去除加热器63。 
作为一种选择,可去除加热器63和吹风机62。可经导管61供应来自另一系统的压缩的和高温的空气,例如发动机放气系统(除了BOEING 787之外所有的飞机)或来自座舱调节系统(例如,BOEING 787)的压缩机。因此当信号40打开关闭阀64时,空气自动流至吸附器介质54。 
当信号40出现时,微处理器32检查空气流经吸附器53。流动验证确认吹风机62和吸附器53的期望性能。验证可使用发送信号60至控制器30的压差传感器59(图5)进行。在设计阈值DPr之内的信号60指示可接受的吹风机/吸附器性能。当信号60在所选择的阈值DPr之外时,其产生发送至控制和指示面板20的信号34,图3,以使吹风机指示器18变亮。DPr存储在微处理器32的内存中。压力传感器59和吹风机指示器18可被去除并且使用其他验证方式。 
当外部压力P环境增加超过阈值压力Pr或燃料温度T燃料增加超过T开始时,微处理器32自动减活脱附过程。 
控制器30通过信号36、38和40控制吸附和脱附系统(ADS)50的操作,如上面提及该信号的讨论中所描述。 
从吸附器53排出的负载燃料蒸气的空气流经导管71至燃料蒸气处理系统FTS,比如FTSA、FTSB或FTSC。在FTSA中(图6A),导管71输送负载燃料蒸气的空气以(i)经止回阀73和导管72至发动机#1和(ii)经止回阀75和导管74至发动机#2。负载燃料蒸气的空气可在发动机#1和#2中通过任何已知的方法燃烧或破坏。图6A显示输送负载燃料蒸气的空气至发动机#1和#2,但是空气可以可选地被管道输送至仅仅一个发动机。 
在FTSB中(图6B),从吸附器53排出的负载燃料蒸气的空气通过导管71输送至换热器83。在换热器中通过经导管85输送至换热器的环境空气冷却负载燃料蒸气的空气。在FTSB中,由控制器30发送的信号40也打开通常关闭的阀86。这使得环境空气流经换热器83。一些燃料蒸气在换热器83中冷凝,并且通过燃料蒸气分离器81去除。分离的(或者回收的)燃料经导管88返回燃料罐100。导管82排出低燃料蒸气含量空气至外部环境空气。 
在FTSC中(图6C),从吸附器53排出的负载燃料蒸气的空气通过导管71输送至排放喷嘴92。在FTSC中,蒸气排放到机外。现有的条例未禁止从燃料罐排出燃料蒸气至外部环境空气。FTSC具有的优势是:当地平面影响可能被降低比如当航空器在一定海拔时,允许选择性排出燃料蒸气。 
图7显示燃料罐100。其含有燃料液态燃料102和罐空110。空气和燃料蒸气二者可在罐空110中并且这种混合物通常称为罐空混合物。将燃料罐100经出口104排气至外部环境空气,这使得外部空气流入和流出以用环境压力平衡燃料罐压力。可包括具有止回阀(未显示)的空气入口103,使得环境空气流入燃料罐。当吹风机57运行时这些入口补充空气流入。燃料罐维护端口105允许再输油软管(未显示)连接维护端口105,这使得(自 动或手动)产生发送至系统控制器30的信号44。燃料罐压力传感器P提供P燃料信号106至系统控制器30。可选地,可去除压力传感器P并且可以从空气数据系统提供环境压力信号(P环境)。燃料温度传感器T提供T燃料信号108至系统控制器30。来自罐空110的罐空混合物流出燃料罐100经导管51至ADS 50。液态燃料经导管88从FTSB流回至燃料罐100(图6B)。如果使用FTSA或FTSC则不需要导管88。 
从上面显而易见系统10可降低燃料罐100中的罐空燃料空气比。系统10在温度低于Tlfl时开始吹扫罐空混合物,从而不使得燃料罐100变得可燃。因此其是预防性系统。而且,明显地,系统10可降低罐空燃料空气比,并且在燃料罐100初始是可燃的(非惰性的)情况下使得燃料罐100惰化。 
可对上述系统做出与本文的实施方式一致的许多改变/增强。例如,可添加接地带以减少由于静电引起的起火的可能。可安装阻火器以在起火的情况下阻止火焰蔓延。可添加内置检测设备以探测组件的故障。 
当电力(船的或地面的)可得并且启动时,例如通过将手动开关12放在ON位置,可如下操作安装在航空器中的系统10。对于其他交通工具中的操作可能存在一些不同,但是本领域普通技术人员将容易地认识到依赖于本文描述的适当的调节。 
当在地面上在所有环境温度下的燃料维护期间时,通过信号44的存在系统10探测燃料维护操作。当输油软管与输油端口连接时可自动产生信号44或其可以是手动信号。在燃料维护操作期间,系统吹风机57从罐空110抽回罐空混合物通过吸附器53。吸附器介质54保留燃料蒸气。环境空气通过燃料罐出口104和入口端口103——如果提供——进入燃料罐100。系统10因此减少机场污染。 
当在地面上其他时间(非输油)时,包括起飞滑出和在起飞爬升期间,系统10保持备用并且如果由于燃料罐加热燃料温度超过T开始自动开始操作。吹风机57从罐空110抽回罐空混合物通过吸附器53。吸附器介质54保留燃料蒸气。环境空气通过燃料罐出口104和入口端口103——如果提 供——进入燃料罐100。对于燃料温度T燃料高于T停止系统10继续运行。当燃料温度下降低于T停止时,系统10自动停止。由于在起飞爬升期间的燃料罐冷却燃料温度可降低至T停止。 
在巡航期间,系统10操作为如在地面(非输油)上、滑出和起飞爬升时所指示的。另外,对于燃料温度低于T开始和P环境(或P燃料)低于Pr,系统吹风机62迫使温热空气经过吸附器53。吸附器介质54保留的燃料蒸气释放至温热空气。在可选的实施方式中(没有吹风机62和加热器63),温热空气从另一系统(发动机放气或压缩的空气供应)流经吸附器53。由吸附器53保留的燃料蒸气释放至空气流。负载燃料蒸气的空气供应至燃料蒸气处理系统FTSA 70、FTSA 80或FTSC 90。这样,吸附器介质54被再活化重新使用。在降落和滑进期间,系统10操作为如在地面(非输油)上、滑出和起飞爬升时所指示的。 
系统10可使用电源用于在吸附过程期间操作吹风机57或在脱附过程期间操作吹风机62和加热器63。当加热器63是电动时,在脱附期间功率要求可更高。然而,功率要求可明显低于使用机载惰性气体产生系统的氮气惰化系统(NGS)的功率。 
注意,当燃料温度T燃料高于T停止时,吸附系统运行。因为外部冷空气冷却燃料罐,估计吸附系统将在约25,000英尺以下的热气氛中操作。可在达到较低海拔的较冷的气氛中进行操作。当环境压力P环境(或者P燃料)低于阈值压力Pr时运行脱附过程。 
系统,比如系统10可使用高可靠性的组件,即吹风机、阀、换热器、燃料油雾分离器、传感器和吸附器。吹风机可以是仅有的具有移动部件的组件。与NGS相比系统可具有低的故障率以及低的维修要求。而且,与NGS相比系统可具有高可靠性和实用性。有可能去除并且在线更换故障的组件而不需要MMEL中目前对NGS允许的10天缓和期。 
与NGS相比重复和非重复费用可以是极低的。所有的组件可以是现有技术水平的并且容易以合理的费用获得。重复费用可以是低的,因为系统可能不需要像NGS那样定期更换组件(例如,过滤器、臭氧转化器、 ASM)。 
系统可基本上比NGS更安全。基于在罐空中12%氧气的平均体积氧气浓度设计NGS,其可能不使得燃料罐不可燃(惰性)或防止燃烧并且产生燃料罐内部压力。替代地,本文的系统和方法使得燃料罐不可燃(惰化)并且保持其不可燃(惰性),以及防止燃烧(形成火焰)。 
根据本公开的方面提供了燃料蒸气去除方法,其包括使用添加至罐空中的空气吹扫来自燃料罐罐空的燃料蒸气,使用空气吹扫降低罐空中的燃料空气比并且将吹扫的燃料蒸气吸附在吸附介质上。有利地燃料罐和吸附介质在航空器上,并且降低的燃料空气比低于可燃性界限。有利地,进一步包括当燃料空气比低于可燃性界限时,从吸附介质脱附燃料蒸气。有利地吸附介质在吸附结束时脱附开始之前具备第一温度,并且燃料蒸气的脱附包括使空气流动经过介质,流过的空气具备高于第一温度的第二温度,并且介质处在低于14.7磅每平方英寸(psi)的压力下。有利地燃料罐和吸附介质在航空器上,当航空器在飞行时发生燃料蒸气的脱附,并且流过的空气含有环境空气和/或消耗的冲压空气。 
按照法令,已经以或多或少具体关于结构和方法特征的语言描述了实施方式。但是,应当理解,实施方式不限制于显示和描述的具体特征。所以,以任何它们的形式要求或落在所附权利要求适当范围内按照等同原则适当地解释的变型要求实施方式。 
附图的参考数字表 
1系统                                64关闭阀 
3系统控制器                          65导管 
5吸附系统                            66止回阀 
7信号                                70燃料处理系统(FTS)实施方式A 
9信号                                71导管 
10系统                               72导管 
12手动开关                           73止回阀 
14信号                               74导管 
18吹风机指示器                       75止回阀 
20控制和指示面板                     80FTS实施方式B 
30系统控制器                         81蒸气分离器 
32微处理器                           82导管 
34信号                               83换热器 
36信号                               85导管 
38信号                               86阀 
40信号                               88导管 
44信号                               90FTS实施方式C 
50吸附和脱附系统(ADS)                92排放喷嘴 
51导管                               100燃料罐 
52止回阀                             102燃料 
53吸附器                             103入口端口 
54吸附介质                           104环境出口 
56关闭阀                             105燃料维护端口 
57吹风机                             106信号 
58排出                               108信号 
59压力传感器                         110罐空 
60信号 
61导管 
62吹风机 
63加热器。 

Claims (15)

1.燃料蒸气去除方法,其包括:
从交通工具的燃料罐(100)的罐空去除燃料蒸气;
将从所述罐空去除的所述燃料蒸气吸附在所述交通工具上的吸附介质上;和
在所述交通工具上时从所述吸附介质脱附所述燃料蒸气。
2.权利要求1所述的方法,进一步包括在从所述罐空去除所述燃料蒸气之前确定所述罐空正在接近可燃性。
3.权利要求1和2所述的方法,其中所述交通工具包括航空器,并且当所述航空器在飞行时发生所述燃料蒸气的脱附。
4.权利要求3所述的方法,进一步包括当所述航空器在飞行时将所述脱附的燃料蒸气排放至机外,或在所述航空器的推进发动机中燃烧所述脱附的燃料蒸气。
5.权利要求1-4任一项所述的方法,进一步包括冷凝所述脱附的燃料蒸气,并且将所述冷凝的燃料返回至所述燃料罐(100)。
6.权利要求1-5任一项所述的方法,其中所述去除燃料蒸气包括用添加至所述罐空的空气吹扫所述罐空,并且所述方法进一步包括使用所述空气吹扫降低所述罐空中的燃料空气比,降低的所述燃料空气比低于可燃性界限。
7.权利要求1-6任一项所述的方法,其中当所述罐空中的燃料空气比低于可燃性界限时发生所述燃料蒸气的脱附。
8.权利要求1-7任一项所述的方法,其中所述吸附介质包括活性炭,并且所述燃料蒸气的脱附包括使所述活性炭再活化。
9.权利要求1-8任一项所述的方法,其中所述吸附介质在所述吸附结束时所述脱附开始之前具备第一温度,并且所述燃料蒸气的脱附包括使空气流动经过所述介质,所述流过的空气具备高于所述第一温度的第二温度,并且所述介质处在低于14.7磅每平方英寸的压力下。
10.燃料蒸气去除系统,其包括:
具有罐空的燃料罐(100);
吸附系统(5),其包括与所述罐空和罐空吹扫系统流体连接的燃料蒸气吸附介质;和
控制器(3),其包括可燃性确定系统,并且配置为在所述罐空具备可燃性之前通过所述吹扫系统开始从所述罐空去除燃料蒸气至所述吸附介质上。
11.权利要求10所述的系统,进一步包括交通工具,其中所述燃料罐(100)是所述交通工具的燃料罐,并且所述吸附系统(5)在所述交通工具上。
12.权利要求11所述的系统,其中所述交通工具包括航空器。
13.权利要求10-12任一项所述的系统,其中所述吸附系统(5)是吸附和脱附系统(50),并且进一步包括燃料蒸气脱附系统,控制器(3)进一步配置为当所述罐空不可燃时通过所述吹扫系统停止燃料蒸气去除以及通过所述脱附系统开始燃料蒸气脱附。
14.权利要求13所述的系统,其中所述脱附系统包括空气吹风机(62)和与所述吸附介质流体连接的空气加热器(63)。
15.权利要求10-14任一项所述的系统,其中所述可燃性确定系统包括燃料温度传感器、燃料罐压力传感器、和配置为使用至少燃料温度和燃料罐压力确定可燃性的处理器。
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