CN111140364A - 燃料氧转换单元 - Google Patents

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伊桑·帕特里克·奥康纳
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布兰登·韦恩·米勒
克里斯蒂安·泽维尔·史蒂文森
大卫·维克里·帕克
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Abstract

一种发动机，包括汽提气源，燃烧区段和位于燃烧区段上游的燃料氧转换单元，该燃料氧转换单元限定了与汽提气源气流连通的汽提气流动路径。燃料氧转换单元包括：接触器，其限定燃料入口，与汽提气流动路径气流连通的气体入口，和燃料气体混合物出口；燃料气体分离器，其限定用于从接触器接收燃料气体混合物的燃料气体混合物入口，液体燃料出口和汽提气出口；其中汽提气流动路径从汽提气源接收通过其中的基本上所有的汽提气流，并将汽提气流提供给接触器。

Description

燃料氧转换单元
技术领域
本主题大体涉及一种发动机的燃料氧转换单元，用于减少发动机的燃料流的氧含量。
背景技术
典型的飞行器推进系统包括一个或多个燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机通常包括涡轮机，该涡轮机按顺序流动的顺序包括压缩机区段，燃烧区段，涡轮区段和排气区段。在操作中，空气被提供给压缩机区段的入口，在压缩机区段，一个或多个轴向压缩机逐渐压缩空气直到其到达燃烧区段。燃料与压缩空气混合并在燃烧区段内燃烧，以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段被引导至涡轮区段。通过涡轮区段的燃烧气体流驱动涡轮区段，然后被引导通过排气区段，例如，进入大气。
燃气涡轮发动机和飞行器的某些操作和系统可能产生相对大量的热量。燃料已被确定为一种有效的散热器，以至少部分地由于其热容量和燃烧更高温燃料可能导致的燃烧操作效率的提高，在操作期间接收至少一些此类热量。
然而，在没有适当地调节燃料的情况下加热燃料可能导致燃料“结焦”，或形成可能堵塞燃料系统的某些部件(例如燃料喷嘴)的固体颗粒。减少燃料中的氧量可以有效地减少燃料焦化超过不可接受的量的可能性。为此目的已经提出了燃料氧转换系统。这些燃料氧转换系统中的某些可以利用再循环的汽提气来吸收燃料或以其他方式与燃料反应以降低燃料的氧含量。然而，本公开的发明人已经发现提供用于促进汽提气的再循环的适当结构可以增加燃料氧转换系统的复杂性和费用。因此，克服这些缺点的燃料氧转换系统将是有用的。
发明内容
本发明的各方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可以从该描述中显而易见，或者可以通过实施本发明而获知。
在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种发动机。该发动机包括汽提气源，燃烧区段和位于燃烧区段上游的燃料氧转换单元，该燃料氧转换单元限定与汽提气源气流连通的汽提气流动路径。燃料氧转换单元包括：接触器，其限定燃料入口，与汽提气流动路径气流连通的气体入口，和燃料气体混合物出口；以及燃料气体分离器，其限定用于从接触器接收燃料气体混合物的燃料气体混合物入口，液体燃料出口和汽提气出口；其中汽提气流动路径从汽提气源接收通过其中的基本上所有的汽提气流，并将汽提气流提供给接触器。
在某些示例性实施例中，汽提气源是发动机的压缩机区段。
在某些示例性实施例中，通过汽提气流动路径的汽提气流是非再循环的汽提气流。
在某些示例性实施例中，燃料氧转换单元进一步包括气体减氧单元，其中该气体减氧单元在接触器上游的位置处与汽提气流动路径气流连通。
例如，在某些示例性实施例中，气体减氧单元包括催化剂。
例如，在某些示例性实施例中，气体减氧单元包括燃烧器。
例如，在某些示例性实施例中，气体减氧单元包括催化剂，燃烧器或两者，并且其中，燃料氧转换单元进一步包括燃料喷射器，燃料喷射器在气体减氧单元的内部或上游的位置处与汽提气流动路径流体连通。
例如，在某些其他示例性实施例中，燃料喷射器构造成通过汽提气流动路径向汽提气流提供燃料，使得汽提气流限定富空燃比。
在某些示例性实施例中，燃料氧转换单元限定与燃料气体分离器的汽提气出口气流连通的排气流动路径，其中，该排气流动路径被构造为向大气提供通过排气流动路径的排气气流。
例如，在某些示例性实施例中，通过排气流动路径向大气提供来自汽提气出口的基本上所有的气体。
在某些示例性实施例中，燃料氧转换单元进一步包括可变通量阀，该可变通量阀与汽提气流动路径气流连通，用于改变通过汽提气流动路径的气流量。
例如，在某些示例性实施例中，燃料氧转换单元进一步包括气体减氧单元，其中汽提气流动路径在接触器上游的位置处与气体减氧单元气流连通，并且其中可变通量阀在气体减氧单元上游的位置处与汽提气流动路径气流连通。
例如，在某些示例性实施例中，发动机进一步包括控制器，该控制器构造成接收指示流向或通过接触器，燃料气体分离器或接触器和燃料气体分离器两者的组合的燃料流的数据，其中，控制器可操作地连接至可变通量阀，并且被构造为响应于接收到的指示燃料流的数据来操作可变通量阀。
在某些示例性实施例中，汽提气源是包括压缩机的环境气流源。
在本公开的另一示例性实施例中，提供了一种发动机的燃料输送系统，发动机包括汽提气源和燃烧区段。该燃料输送系统包括燃料氧转换单元，该燃料氧转换单元构造成定位在发动机的燃烧区段的上游，该燃料氧转换单元限定了汽提气流动路径，该汽提气流动路径构造成与发动机的汽提气源气流连通。燃料氧转换单元包括：接触器，其限定燃料入口，与汽提气流动路径气流连通的气体入口，燃料气体混合物出口；以及燃料气体分离器，其限定用于从接触器接收燃料气体混合物的燃料气体混合物入口，液体燃料出口和汽提气出口；其中汽提气流动路径从汽提气源接收通过其中的基本上所有的汽提气流，并将汽提气流提供给接触器。
在某些示例性实施例中，汽提气源是发动机的压缩机区段，并且其中通过汽提气流动路径的汽提气流是非再循环的汽提气流。
在某些示例性实施例中，燃料氧转换单元进一步包括气体减氧单元，其中该气体减氧单元在接触器上游的位置处与汽提气流动路径气流连通。
例如，在某些示例性实施例中，气体减氧单元包括催化剂，燃烧器或两者。
例如，在某些其他示例性实施例中，燃料氧转换单元进一步包括燃料喷射器，燃料喷射器在气体减氧单元的内部或上游的位置处与汽提气流动路径流体连通。
在某些示例性实施例中，燃料氧转换单元进一步包括可变通量阀，该可变通量阀与汽提气流动路径气流连通，用于改变通过汽提气流动路径的气流量，并且其中，燃料输送系统进一步包括控制器，该控制器构造为接收指示流向或通过接触器，燃料气体分离器或接触器和燃料气体分离器两者的组合的燃料流的数据，其中控制器可操作地连接至可变通量阀，并且构造为响应于接收到的指示燃料流的数据操作可变通量阀。
参考以下描述和所附权利要求，将更好地理解本发明的这些和其他特征，方面和优点。结合在本说明书中并构成本说明书一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。
附图说明
在说明书中阐述了针对本领域的普通技术人员的本发明的完整而可行的公开，包括其最佳模式，其参考附图，其中：
图1是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性横截面视图。
图2是根据本公开的示例性实施例的燃料输送系统的示意性横截面视图。
图3是根据本公开的另一示例性实施例的燃料输送系统的示意性横截面视图。
图4是根据本公开的又一示例性实施例的燃料输送系统的示意性横截面视图。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的当前实施例，其一个或多个示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标记来指代附图中的特征。在附图和描述中相同或相似的标记已经用于指代本发明的相同或相似的部分。
如本文所使用的，术语“第一”，“第二”和“第三”可以互换地使用以将一个部件与另一个部件区分开，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。
术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体从其流动的方向，而“下游”是指流体向其流动的方向。
除非另有说明，否则术语“联接”，“固定”，“附接到”等是指直接联接，固定或附接，以及通过一个或多个中间部件或特征的间接联接，固定或附接。
除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一”，“一种”和“该”包括复数指代。
如本文在整个说明书和权利要求书中所使用的，近似语言用于修饰可以允许变化的任何定量表示，而不导致与之相关的基本功能的变化。因此，由诸如“大约”，“近似”和“基本上”的一个或多个术语修饰的值不限于所指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度，或用于构造或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可以指的是在10％的范围内。
在此以及整个说明书和权利要求书中，范围限制被组合和互换，除非上下文或语言另有指示，否则这些范围被识别并且包括其中包含的所有子范围。例如，本文公开的所有范围包括端点，并且端点可彼此独立地组合。
现在参考附图，其中在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件，图1提供了根据本公开的示例性实施例的发动机的示意性横截面视图。发动机可以被结合到运载器中。例如，发动机可以是结合到飞行器中的航空发动机。然而，替代地，发动机可以是用于任何其他合适的飞行器或运载器的任何其他合适类型的发动机。
对于所示实施例，发动机被构造为高旁通涡轮风扇发动机100。如图1所示，涡轮风扇发动机100限定轴向方向A(平行于供参考的纵向中心线101延伸)，径向方向R和周向方向(绕轴向方向A延伸；未在图1中示出)。通常，涡轮风扇100包括风扇区段102和设置在风扇区段102下游的涡轮机104。
所示的示例性涡轮机104通常包括限定环形入口108的基本上管状的外壳体106。外壳体106以串行流动关系包围：压缩机区段，该压缩机区段包括增压器或低压(LP)压缩机110和高压(HP)压缩机112；燃烧区段114；涡轮区段，涡轮区段包括高压(HP)涡轮116和低压(LP)涡轮118；和喷射排气喷嘴区段120。压缩机区段，燃烧区段114和涡轮区段一起至少部分地限定了从环形入口108延伸到喷射排气喷嘴区段120的核心空气流动路径121。涡轮风扇发动机还包括一个或多个驱动轴。更具体地，涡轮风扇发动机包括将HP涡轮116驱动地连接到HP压缩机112的高压(HP)轴或线轴122，以及将LP涡轮118驱动地连接到LP压缩机110的低压(LP)轴或线轴124。
对于所示实施例，风扇区段102包括风扇126，该风扇126具有以间隔开的方式联接到盘130的多个风扇叶片128。风扇叶片128和盘130可通过LP轴124一起绕纵向轴线201旋转。盘130被可旋转的前毂132覆盖，前毂132在空气动力学上成形成促进气流通过多个风扇叶片128。此外，提供环形风扇壳体或外机舱134，其周向地围绕风扇126和/或涡轮机104的至少一部分。机舱134通过多个周向间隔开的出口导向轮叶136相对于涡轮机104支撑。机舱134的下游区段138在涡轮机104的外部分上延伸，以便在其间限定旁路气流通道140。
仍参考图1，涡轮风扇发动机100另外包括附件齿轮箱142，燃料氧转换单元144和燃料输送系统146。对于所示的实施例，附件齿轮箱142位于涡轮机104的罩/外壳体106内。另外，应当理解，尽管未在图1中示意性地示出，但是附件齿轮箱142可以机械地联接至涡轮机104的一个或多个轴或线轴，并且可以与其一起旋转。例如，在至少某些示例性实施例中，附件齿轮箱142可以机械地联接到HP轴122，并且可以与HP轴122一起旋转。此外，对于所示实施例，燃料氧转换单元144联接至附件齿轮箱142或以其它方式能够与其一起旋转。以这种方式，应当理解，示例性燃料氧转换单元144由附件齿轮箱142驱动。值得注意的是，如本文所用，术语“燃料氧转换单元”大体是指能够减少燃料的游离氧含量的装置。
此外，燃料输送系统146通常包括燃料源148(例如燃料箱)和一个或多个燃料管线150。一个或多个燃料管线150通过燃料输送系统146向涡轮风扇发动机100的涡轮机104的燃烧区段114提供燃料流。下面参考图2提供根据本公开的示例性实施例的燃料输送系统的更详细的示意图。
然而，应当理解，图1所示的示例性涡轮风扇发动机100仅作为示例提供。在其他示例性实施例中，任何其他合适的发动机可以与本公开的各方面一起利用。例如，在其他实施例中，发动机可以是任何其他合适的燃气涡轮发动机，例如涡轮轴发动机，涡轮螺旋桨发动机，涡轮喷气发动机等。以这种方式，将进一步认识到，在其他实施例中，燃气涡轮发动机可具有任何其他合适的构造，例如轴，压缩机，涡轮，风扇等的任何其他合适数量或布置。此外，尽管在图1中描绘的示例性燃气涡轮发动机被示意性地示出为直接驱动，固定螺距的涡轮风扇发动机100，但是在其他实施例中，本公开的燃气涡轮发动机可以是齿轮传动的燃气涡轮发动机(即，包括风扇126和驱动风扇的轴(例如LP轴124)之间的齿轮箱)，可以是可变螺距燃气涡轮发动机(即，包括具有可绕其各自的螺距轴旋转的多个风扇叶片128的风扇126)，等等。此外，尽管在此未示出，但是在其他实施例中，燃气涡轮发动机可以是任何其他合适类型的燃气涡轮发动机，例如结合到发电系统中的工业燃气涡轮发动机，航海燃气涡轮发动机等。此外，仍然在替代实施例中，本公开的各方面可以结合到任何其他类型的发动机(例如，往复式发动机)中，或与之一起使用。
此外，将理解的是，尽管对于所示实施例，涡轮风扇发动机100包括附件齿轮箱142和燃料氧转换单元144，该附件齿轮箱142和燃料氧转换单元144位于涡轮机104内，即位于涡轮机104的壳体106内，但是在其它实施例中，附件齿轮箱142和燃料氧转换单元144可以定位在任何其他合适的位置。例如，如图1中的虚线所示，在其他实施例中，附件齿轮箱142和/或燃料氧转换单元144可以定位在涡轮风扇发动机100的机舱134内。替代地，在还有的其他实施例中，附件齿轮箱142可以与涡轮风扇发动机100一起定位，并且燃料氧转换单元144可以远离涡轮风扇发动机100定位，例如靠近燃料输送系统146的箱148或在其内部。另外，在其他实施例中，燃料氧转换单元144可以附加地或可替代地由其他合适的动力源驱动，诸如电动机，液压马达或到HP或LP轴的独立机械联接件等。例如，当附件齿轮箱142由电动机驱动时，电动机可以被构造成从由发动机(诸如发动机的LP或HP系统)驱动的电机/发电机接收电力。
现在参考图2，提供了根据本公开的示例性方面的包括燃料氧转换单元202的燃料输送系统200的示意图。在至少某些示例性实施例中，图2中描绘的示例性燃料输送系统200可以被结合到例如以上参考图1描述的示例性发动机100中(例如，可以是图1中描绘和如上所述的燃料输送系统146)。
更具体地说，图2的示例性燃料输送系统200可与发动机100一起操作，例如包括在发动机100中。对于图2中描绘的实施例，发动机100被示意性地描绘，并且被构造为燃气涡轮发动机100。示例性燃气涡轮发动机100可以以与以上参照图1描述的示例性涡轮风扇发动机100类似的方式构造。然而，在其他实施例中，任何其他内燃机，例如任何其他合适的燃气涡轮发动机，可以与本公开的方面一起使用。
例如，示意性地描绘的示例性发动机100通常包括具有低压压缩机110和高压压缩机112的压缩机区段；燃烧区段114；具有高压涡轮116和低压涡轮118的涡轮区段。高压压缩机112和高压涡轮116通过高压线轴122联接，并且类似地，低压压缩机110和低压涡轮118通过低压线轴124联接。应当理解，在其他实施例中，示例性燃气涡轮发动机100可以具有任何其他合适数量和/或构造的压缩机和涡轮。
从本文的讨论中将会意识到，图2的燃料氧转换单元202大体位于发动机100的燃烧区段114的上游。另外，对于所示的实施例，发动机100包括汽提气源205，并且示例性的燃料氧转换单元202限定了汽提气流动路径204，用于向燃料氧转换单元202提供汽提气206的流动。此外，对于所描绘的实施例，燃料氧转换单元202限定了用于向燃料氧转换单元202提供液体燃料210的流动的液体燃料输送流动路径208，如下面更详细地描述的。
此外，图2所示的示例性燃料氧转换单元202通常包括接触器212和燃料气体分离器214。所描绘的示例性接触器212可以以任何合适的方式构造成将汽提气206的接收流和液体燃料210的接收流基本上混合，如下所述。例如，在某些实施例中，接触器212可以是机械驱动的接触器(例如，具有用于混合所接收的流的桨状物)，或者可以是被动接触器，用于至少部分地使用所接收的流的压力和/或流率(flowrate)来混合所接收的流。类似地，燃料气体分离器214可以以任何合适的方式构造，以将燃料/气体混合物分离成气体流和液体燃料流。例如，燃料气体分离器214可以是由动力源215驱动的旋转分离器。然而，在其他实施例中，燃料气体分离器214可以以任何其他合适的方式构造。
此外，示例性燃料氧转换单元202包括汽提气管线216，并且更具体地，包括多个汽提气管线216，其至少部分地共同限定了从发动机100的汽提气源205延伸到接触器212的汽提气流动路径204。在某些示例性实施例中，除了多个汽提气管线216以及汽提气流动路径204内的结构或部件之外，汽提气流动路径204可以由一个或多个导管，管，管道等的任意组合形成。
如以下将更详细解释的，在操作过程中，燃料氧转换单元202通常提供从汽提气源205流向并通过多条汽提气管线216和汽提气流动路径204的汽提气206的流动。将理解的是，术语“汽提气”在本文中用作方便术语来指大体能够执行本文所述功能的气体。流过汽提气流动路径204的汽提气206可以是实际的汽提气，其作用是从接触器212内的燃料中汽提氧，或者可以是冒泡气体，其鼓泡通过液体燃料以减少这种燃料的氧含量。例如，如将在下面更详细地讨论的，汽提气206可以是具有相对低的氧含量(或能够在接触器212的上游实现相对低的氧含量)的任何合适的气体或气体混合物。
此外，如上所述，所描绘的示例性燃料氧转换单元202可与燃料输送系统200一起操作。示例性燃料输送系统200通常包括多条燃料管线，特别是入口燃料管线218(部分地限定了入口燃料流动路径208)，和燃料源(即，对于所示实施例，燃料箱220)。入口燃料管线218流体地连接到接触器212，用于从燃料源向接触器212提供液体燃料210的流动。燃料输送系统200，或者更确切地说，燃料氧转换单元202还包括出口燃料管线222，其与燃料气体分离器214流体连接，以接收脱氧液体燃料210的流动并向发动机100的燃烧区段114提供脱氧液体燃料210的这种流动。
更具体地，对于图2的实施例，应当理解，接触器212通常限定汽提气入口224，液体燃料入口226和燃料/气体混合物出口228。类似地，示例性燃料气体分离器214通常限定燃料/气体混合物入口230，气体出口232和液体燃料出口234。在典型操作期间，汽提气流206和液体燃料流210分别通过接触器212的汽提气入口224和液体燃料入口226被接收，并在接触器212内混合以形成燃料/气体混合物236。从接触器212的燃料/气体混合物出口228向燃料气体分离器214的燃料/气体混合物入口230提供燃料/气体混合物236。在燃料气体分离器214内，燃料/气体混合物236分别通过气体出口214和液体燃料出口216被分离回气体流206和液体燃料流210。
如以下将更详细解释的，当汽提气206与液体燃料210混合时，氧可从液体燃料210转移至汽提气206以降低液体燃料210的有效氧含量。为了确保汽提气206具有足够低的氧含量以促进这种操作，示例性燃料氧转换单元202还包括气体减氧单元(gas oxygenreduction unit)。更具体地，对于所示实施例，汽提气流动路径204在接触器212上游的位置处与气体减氧单元气流连通，并且进一步，对于所示实施例，气体减氧单元包括，或者更确切地，构造为催化剂238。
在催化剂238的上游，燃料氧转换单元202还包括燃料喷射器266。燃料喷射器266在气体减氧单元/催化剂238内或上游的位置处与汽提气流动路径204流体连通。对于所示实施例，燃料喷射器266被构造为从燃料氧转换单元202的出口燃料管线222通过汽提气流动路径204将液体燃料210喷射到汽提气流206中。但是，在其他实施例中，燃料流可以来自任何其他合适的燃料源，例如入口燃料管线218。燃料喷射器266通常构造成通过汽提气流动路径204向汽提气206的非再循环流提供燃料，以使得流动的汽提气206达到汽提气206的化学计量极限或使得汽提气206限定了富空燃比(即，氧和气体206一起与固体，液体或气体燃料的质量比低于化学计量)。
此外，在催化剂238内，来自汽提气源205的相对富氧的汽提气206，其已经与通过燃料喷射器266提供的燃料混合，进行反应以降低其氧含量。应当理解，催化剂238可以以任何合适的方式构造以执行这种功能。例如，在某些实施例中，催化剂238可包括催化成分的几何形状，相对富氧的汽提气206流过该催化成分以降低其氧含量。在这些构造中的一个或多个中，可产生副产物，例如水，其可通过管道被引导远离催化剂238(在图2的实施例中未示出管道)。在这些实施例中的一个或多个中，气体减氧单元(即，所示实施例的催化剂238)可以构造成将汽提气206的氧含量降低至小于大约百分之五质量(5质量％)的氧(O 2)，例如小于大约百分之二(2)质量(3质量％)的氧(O2)，例如小于大约百分之一质量(1质量％)的氧(O2)。
因此，应当理解，在典型操作期间，汽提气流206从发动机100的汽提气源205流过汽提气流动路径204到达催化剂238。简要地，将理解的是，对于所示的实施例，燃料氧转换单元202还包括可变通量阀240，该可变通量阀240与汽提气流动路径204气流连通，用于改变通过汽提气流动路径204的气流量。具体地，对于所示的实施例，可变通量阀240在气体减氧单元上游的位置处，或者对于所描绘的实施例，在催化剂238的上游的位置处，与汽提气流动路径204进行气流连通。以这种方式，可变通量阀240通常可以控制燃料氧转换单元202的某些操作，如将在下面更详细地描述的。
进一步地，如上文简要地提到的，将理解的是，汽提气流动路径204接收从汽提气源205穿过其中的基本上所有的汽提气流206，并将汽提气流206提供给接触器212的气体入口224。更具体地，对于所示的实施例，汽提气源205是发动机100的压缩机区段，使得汽提气流动路径204从发动机100的压缩机区段接收穿过其中的基本上所有的汽提气流206。更具体地，对于所示的实施例，汽提气源205是发动机100的压缩机区段的高压压缩机112，使得汽提气流动路径204从发动机100的压缩机区段的高压压缩机112接收通过其中的基本上所有的汽提气流206。此外，以这种方式，将理解的是，通过汽提气流动路径204的汽提气流206是非再循环汽提气206的流。
仍参考所示的示例性燃料氧转换单元202的典型操作，对于所示实施例，汽提气206的氧含量在流过气体减氧单元/催化剂238时降低，并且随后被提供至接触器212的汽提气入口224。同时，从燃料源或燃料箱220通过入口燃料管线218到接触器212的液体燃料入口226提供液体燃料210的流动。在接触器212内，汽提气206和液体燃料210混合以产生燃料气体混合物236。
通常，将理解的是，在燃料氧转换单元202的操作期间，通过入口燃料管线218提供给接触器212的液体燃料210可以具有相对较高的氧含量。相反，如上所述，提供给接触器212的汽提气206可具有相对较低的氧含量或其他特定的化学结构。由于将汽提气206与液体燃料210混合，可以发生物理交换，由此燃料210内的至少一部分氧被转移到汽提气206，使得混合物236的燃料成分具有相对较低的氧含量(与通过入口燃料管线218提供的燃料210相比)，并且混合物236的汽提气成分具有相对较高的氧含量(与通过汽提气流动路径204提供给接触器206的汽提气206相比)。
从接触器212的燃料/气体出口向燃料气体分离器214的燃料/气体入口218提供在接触器212中产生的燃料气体混合物236。在燃料气体分离器214内，燃料气体混合物236可被分离回液体燃料流210和汽提气流206。液体燃料210可以通过燃料气体分离器214的液体燃料出口234被提供到出口燃料管线222，汽提气206可以被提供给燃料气体分离器214的气体出口232到排气流动路径242(排气流动路径242与燃料气体分离器214的汽提气出口232气流连通)。
值得注意的是，提供给液体燃料出口216的液体燃料210，其已经与汽提气206相互作用)，因此可以具有相对较低的氧含量，从而可以在降低了燃料结焦(即，化学反应形成固体颗粒，该固体颗粒可能阻塞或损坏燃料流动路径内的部件)的风险的情况下向其中添加相对较高的热量。在至少某些示例性方面，例如，提供给液体燃料出口216的燃料210可具有的氧含量小于大约百万分之五(5)(5“ppm”)，例如小于大约三(3)ppm，例如小于大约两(2)ppm，例如小于大约一(1)ppm，例如小于大约0.5ppm。以这种方式，例如，如示意性所示，出口燃料管线222可以与热交换器244热连通，该热交换器244被构造为在燃料气体分离器214的下游以及发动机100的燃烧区段114的上游的位置向液体燃料210的流中增加热量。热交换器244可以被构造为将热量从发动机系统，飞行器系统或任何其他热源传递至燃料流210。
相比之下，由燃料氧转换单元202限定的排气流动路径242可将排气气流(即，已从液体燃料210的流中接收了氧的汽提气206的气流)提供给排气气流槽246。更具体地，对于所示的实施例，排气流动路径242被构造为将通过排气流动路径242的排气气流提供给大气。例如，排气流动路径242可被构造成将通过排气流动路径242的排气气流提供给发动机100的旁路通道(例如，当发动机100被构造为管道燃气涡轮发动机100时；参见图1的旁路通道140)，或可替代地，可以被构造成将排气气流直接提供给大气。
以这种方式，将理解的是，所示实施例的示例性燃料氧转换单元202利用非再循环汽提气。具体地，从汽提气源205通过汽提气流动路径204提供通过燃料氧转换单元202的基本上所有的汽提气流，并且随后将其排出而不重新使用。由于不需要或更少需要单独的气体增压泵，附加的再循环结构等，因此这可以允许不太复杂的燃料氧转换单元202。
此外，将理解，根据这样的示例性实施例的燃料氧转换单元202可以允许对通过燃料输送系统200的液体燃料210的减氧量进行更期望的控制。具体地，也如图2所示，燃料输送系统200/燃料氧转换单元202还包括控制器248和多个传感器250。例如，多个传感器250包括一个或多个传感器250，其被构造为感测指示流向或流过接触器212，燃料气体分离器214或接触器212和燃料气体分离器214两者的组合的燃料流的数据。具体地，对于所示的实施例，一个或多个传感器250包括流动传感器250A、流动传感器250B和流动传感器250C，流动传感器250A在液体燃料入口管线218中，用于感测指示到接触器212的燃料流的数据，流动传感器250B在接触器212的下游和燃料气体分离器214的上游，用于感测指示该两个部件之间的燃料/气体混合物236的流动的数据，流动传感器250C在液体燃料出口管线222中，用于感测指示来自燃料气体分离器214的燃料流的数据。此外，一个或多个传感器250在汽提气流动路径204中包括流动传感器250D，用于感测指示到汽提气流动路径204的汽提气流的数据。此外，一个或多个传感器250包括发动机传感器250E，该发动机传感器250E被构造为感测指示发动机100的一个或多个可操作性参数(例如，压缩机压力，压缩机入口/出口温度，涡轮入口/出口温度，转速等)的数据，其可以表示到发动机100的燃料流。
此外，对于图2的示例性实施例，示例性控制器248可操作地连接至一个或多个传感器250中的每一个以及可变通量阀240。具体地说，控制器248通常包括网络接口252。网络接口252可以与任何适当的有线或无线通信网络一起操作，用于与例如燃料输送系统200/燃料氧转换单元202，发动机100和/或其他未示出的部件或系统的其他部件进行数据通信。如在图2中使用虚线所描绘的，对于所描绘的实施例，网络接口252利用无线通信网络254来与其他部件通信数据。具体地，对于所示的实施例，通过控制器248的网络接口252和无线通信网络254，控制器248可操作地联接到一个或多个传感器250和可变通量阀240。当然，将理解，尽管对于图2的实施例，网络接口252利用无线通信网络254，但是在其他实施例中，网络接口252可以替代地利用有线通信网络，或者有线和无线通信网络的组合。
仍参考图2，控制器248还包括一个或多个处理器256和存储器258。存储器258存储一个或多个处理器256可访问的数据260。一个或多个处理器252可以包括任何合适的处理设备，例如微处理器，微控制器248，集成电路，逻辑设备和/或其他合适的处理设备。一个或多个存储器设备258可以包括一个或多个计算机可读介质，包括但不限于非暂时性计算机可读介质，RAM，ROM，硬盘驱动器，闪存驱动器和/或其他存储器设备。数据260可以包括指令262，当指令被一个或多个处理器256执行时，使系统执行功能。存储器258内的指令262可以是在由一个或多个处理器252执行时使得一个或多个处理器252执行诸如本文所描述的一个或多个操作的操作的任何指令集。在某些示例性实施例中，存储器258内的指令262可以是以任何合适的编程语言编写的软件，或者可以以硬件实现。另外，和/或可替代地，指令可以在处理器252上的逻辑和/或虚拟分离线程中执行。存储器设备254可以进一步存储可以被处理器252访问的其他数据260。
以这种方式，将理解的是，在至少某些示例性实施例中，控制器248可以被构造为从一个或多个传感器250接收数据，并且可以响应于从一个或多个传感器250接收的数据而控制燃料氧转换单元202的操作。例如，示例性控制器248可以被构造为响应于来自一个或多个传感器250的接收数据来操作可变通量阀240，该数据指示流向或通过接触器212，燃料气体分离器214，或接触器212和燃料气体分离器214两者的组合的燃料流。例如，响应于接收到指示流向/通过接触器214/燃料气体分离器214的燃料流增加的数据，控制器248可以致动可变通量阀240以增加可允许从汽提气源205通过汽提气流动路径204的汽提气量。相反，响应于接收到指示流向/通过接触器214/燃料气体分离器214的燃料流减少的数据，控制器248可以致动可变通量阀240以减少可允许从汽提气源205通过汽提气流动路径204的汽提气量。
然而，应当理解，上述示例性燃料氧转换单元202仅作为示例提供。在其他实施例中，燃料氧转换单元202可以以任何其他合适的方式构造。例如，现在参考图3，提供了根据本公开的另一示例性实施例的燃料输送系统200。图3的示例性燃料输送系统200可以以与以上参考图2描述的示例性燃料输送系统200基本上相同的方式构造。例如，示例性燃料输送系统200通常包括位于发动机100的燃烧区段114上游的燃料氧转换单元202，该燃料氧转换单元202限定了与发动机100的汽提气源205气流连通的汽提气流动路径204。此外，燃料氧转换单元202通常包括与汽提气流动路径204和液体燃料入口管线218气流连通的接触器212，以及位于接触器212下游的燃料气体分离器214，燃料气体分离器214用于接收来自接触器212的燃料/气体混合物236，并将这种燃料/气体混合物236分离回汽提气流206(通过排气流动路径242提供)和通过出口管线222提供给发动机100的燃烧区段的液体燃料流210。
此外，示例性燃料氧转换单元202还包括在接触器212上游的位置处与汽提气流动路径204气流连通的气体减氧单元。然而，对于所描绘的实施例，气体减氧单元未构造为催化剂(例如，图2的催化剂238)，而是构造为燃烧器264，其构造为燃烧从汽提气源205通过汽提气流动路径204提供至其的汽提气206的流。特别注意地是，为了促进这种燃烧，燃料氧转换单元202还包括在气体减氧单元/燃烧器264内或上游的位置处与汽提气流动路径204流体连通的燃料喷射器266。对于所示实施例，燃料喷射器266被构造为从燃料氧转换单元202的出口燃料管线222通过汽提气流动路径204将液体燃料210喷射到汽提气流206中。但是，在其他实施例中，燃料流可以来自任何其他合适的燃料源，例如入口燃料管线218。燃料喷射器266通常被构造成通过汽提气流动路径204向汽提气206的非再循环流提供燃料，使得流动的汽提气206限定了富空燃比(即，氧和气体206一起与固体，液体或气体燃料的质量比低于化学计量)。然而，值得注意的是，应当理解，在其他示例性实施例中，可以提供任何其他合适的气体减氧单元。
进一步对于所示实施例，燃料氧转换单元202包括可变通量阀240，该可变通量阀240与汽提气流动路径204进行气流连通，用于改变通过汽提气流动路径204的气流量。然而，与图2的实施例相比，示例性的可变通量阀240在气体减氧单元(即，图3的实施例的燃烧器264)下游的位置处与汽提气流动路径204进行气流连通。与图2的实施例一样，可变通量阀240可操作地联接至控制器248，用于控制燃料氧转换单元202的操作。
然而，将理解，在其他示例性实施例中，可以提供其他构造。例如，现在简要地参考图4，提供了根据本公开的又一示例性实施例的燃料输送系统200。图4的示例性燃料输送系统200可以以与以上参考图2描述的示例性燃料输送系统200基本相同的方式构造。例如，示例性燃料输送系统200通常包括位于发动机100的燃烧区段114上游的燃料氧转换单元202，该燃料氧转换单元202限定了与发动机100的汽提气源205气流连通的汽提气流动路径204。但是，对于所示的实施例，汽提气源205不是发动机100的压缩机区段。相反，汽提气源205是低压气流源，例如环境气流源，并且包括由动力源驱动的专用压缩机268。更具体地，对于所示实施例，压缩机268由电动机270驱动，电动机270可以从发动机系统，飞行器系统，电池组等中的一个或多个接收电力。然而，在其他实施例中，压缩机268可以由任何其他合适的电动机(例如，液压，气动等)驱动。低压气流源可以是发动机100的旁路通道(例如，参见图1的通道140)，或者可以是任何合适的环境气流位置(例如，如果提供，则位于发动机100的机舱的外部)。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。本发明的专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元件，则这些其他示例意图落入权利要求的范围内。
本发明的进一步方面通过以下条项的主题提供：
1.一种发动机，包括：汽提气源；燃烧区段；和燃料氧转换单元，所述燃料氧转换单元位于所述燃烧区段的上游，所述燃料氧转换单元限定与所述汽提气源气流连通的汽提气流动路径，并且包括：接触器，所述接触器限定燃料入口，与所述汽提气流动路径气流连通的气体入口和燃料气体混合物出口；和燃料气体分离器，所述燃料气体分离器限定用于从所述接触器接收燃料气体混合物的燃料气体混合物入口，液体燃料出口和汽提气出口；其中所述汽提气流动路径从所述汽提气源接收通过其中的基本上所有的汽提气流，并将所述汽提气流提供给所述接触器。
2.根据任何在前条项的发动机，其中所述汽提气源是所述发动机的压缩机区段。
3.根据任何在前条项的发动机，其中通过所述汽提气流动路径的所述汽提气流是非再循环的汽提气流。
4.根据任何在前条项的发动机，其中所述燃料氧转换单元进一步包括气体减氧单元，其中，所述气体减氧单元在所述接触器上游的位置处与所述汽提气流动路径气流连通。
5.根据任何在前条项的发动机，其中所述气体减氧单元包括催化剂。
6.根据任何在前条项的发动机，其中所述气体减氧单元包括燃烧器。
7.根据任何在前条项的发动机，其中所述气体减氧单元包括催化剂，燃烧器或两者，并且其中，所述燃料氧转换单元进一步包括燃料喷射器，所述燃料喷射器在所述气体减氧单元的内部或上游的位置处与所述汽提气流动路径流体连通。
8.根据任何在前条项的发动机，其中所述燃料喷射器构造成通过所述汽提气流动路径向所述汽提气流提供燃料，使得所述汽提气流限定富空燃比。
9.根据任何在前条项的发动机，其中所述燃料氧转换单元限定与所述燃料气体分离器的所述汽提气出口气流连通的排气流动路径，其中，所述排气流动路径被构造为向大气提供通过所述排气流动路径的排气气流。
10.根据任何在前条项的发动机，其中来自所述汽提气出口的基本上所有的气体通过所述排气流动路径被提供给大气。
11.根据任何在前条项的发动机，其中所述燃料氧转换单元进一步包括可变通量阀，所述可变通量阀与所述汽提气流动路径气流连通，用于改变通过所述汽提气流动路径的气流量。
12.根据任何在前条项的发动机，其中所述燃料氧转换单元进一步包括气体减氧单元，其中，所述汽提气流动路径在所述接触器上游的位置处与所述气体减氧单元气流连通，并且其中，所述可变通量阀在所述气体减氧单元上游的位置处与所述汽提气流动路径气流连通。
13.根据任何在前条项的发动机，进一步包括：控制器，所述控制器被构造为接收指示流向或通过所述接触器，所述燃料气体分离器或所述接触器和所述燃料气体分离器的组合的燃料流的数据，其中，所述控制器可操作地连接至所述可变通量阀，并且构造为响应于接收到的指示所述燃料流的数据来操作所述可变通量阀。
14.根据任何在前条项的发动机，其中所述汽提气源是包括压缩机的环境气流源。
15.一种发动机的燃料输送系统，所述发动机包括汽提气源和燃烧区段，其特征在于，所述燃料输送系统包括：燃料氧转换单元，所述燃料氧转换单元被构造为位于所述发动机的所述燃烧区段的上游，所述燃料氧转换单元限定汽提气流动路径，所述汽提气流动路径被构造为与所述发动机的所述汽提气源气流连通，所述燃料氧转换单元包括：接触器，所述接触器限定燃料入口，与所述汽提气流动路径气流连通的气体入口和燃料气体混合物出口；和燃料气体分离器，所述燃料气体分离器限定用于从所述接触器接收燃料气体混合物的燃料气体混合物入口，液体燃料出口和汽提气出口；其中所述汽提气流动路径从所述汽提气源接收通过其中的基本上所有的汽提气流，并将所述汽提气流提供给所述接触器。
16.根据任何在前条项的燃料输送系统，其中所述汽提气源是所述发动机的压缩机区段，并且其中，通过所述汽提气流动路径的所述汽提气流是非再循环的汽提气流。
17.根据任何在前条项的燃料输送系统，其中所述燃料氧转换单元进一步包括气体减氧单元，其中，所述气体减氧单元在所述接触器上游的位置处与所述汽提气流动路径气流连通。
18.根据任何在前条项的燃料输送系统，其中所述气体减氧单元包括催化剂，燃烧器或两者。
19.根据任何在前条项的燃料输送系统，其中所述燃料氧转换单元进一步包括燃料喷射器，所述燃料喷射器在所述气体减氧单元的内部或上游的位置处与所述汽提气流动路径流体连通。
20.根据任何在前条项的燃料输送系统，其中所述燃料氧转换单元进一步包括可变通量阀，所述可变通量阀与所述汽提气流动路径气流连通，用于改变通过所述汽提气流动路径的气流量，并且其中，所述燃料输送系统进一步包括：控制器，所述控制器被构造为接收指示流向或通过所述接触器，所述燃料气体分离器或所述接触器和所述燃料气体分离器的组合的燃料流的数据，其中，所述控制器可操作地连接至所述可变通量阀，并且构造为响应于接收到的指示所述燃料流的数据来操作所述可变通量阀。

Claims (10)

1.一种发动机，其特征在于，包括：
汽提气源；
燃烧区段；和
燃料氧转换单元，所述燃料氧转换单元位于所述燃烧区段的上游，所述燃料氧转换单元限定与所述汽提气源气流连通的汽提气流动路径，并且包括
接触器，所述接触器限定燃料入口，与所述汽提气流动路径气流连通的气体入口和燃料气体混合物出口；和
燃料气体分离器，所述燃料气体分离器限定用于从所述接触器接收燃料气体混合物的燃料气体混合物入口，液体燃料出口和汽提气出口；
其中所述汽提气流动路径从所述汽提气源接收通过其中的基本上所有的汽提气流，并将所述汽提气流提供给所述接触器。
2.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，其中所述汽提气源是所述发动机的压缩机区段。
3.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，其中通过所述汽提气流动路径的所述汽提气流是非再循环的汽提气流。
4.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，其中所述燃料氧转换单元进一步包括气体减氧单元，其中，所述气体减氧单元在所述接触器上游的位置处与所述汽提气流动路径气流连通。
5.根据权利要求4所述的发动机，其特征在于，其中所述气体减氧单元包括催化剂。
6.根据权利要求4所述的发动机，其特征在于，其中所述气体减氧单元包括燃烧器。
7.根据权利要求4所述的发动机，其特征在于，其中所述气体减氧单元包括催化剂，燃烧器或两者，并且其中，所述燃料氧转换单元进一步包括燃料喷射器，所述燃料喷射器在所述气体减氧单元的内部或上游的位置处与所述汽提气流动路径流体连通。
8.根据权利要求7所述的发动机，其特征在于，其中所述燃料喷射器构造成通过所述汽提气流动路径向所述汽提气流提供燃料，使得所述汽提气流限定富空燃比。
9.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，其中所述燃料氧转换单元限定与所述燃料气体分离器的所述汽提气出口气流连通的排气流动路径，其中，所述排气流动路径被构造为向大气提供通过所述排气流动路径的排气气流。
10.根据权利要求9所述的发动机，其特征在于，其中来自所述汽提气出口的基本上所有的气体通过所述排气流动路径被提供给大气。
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