DE2032071A1

DE2032071A1 - Schutzgaseinnchtung

Info

Publication number: DE2032071A1
Application number: DE19702032071
Authority: DE
Inventors: Richard Allen Santa Mo nica Cahf Nichols (VStA) F26b 3 00
Original assignee: Parker Hannifin Corp
Current assignee: Parker Hannifin Corp
Priority date: 1969-07-22
Filing date: 1970-06-29
Publication date: 1971-01-28
Also published as: US3628758A; FR2055130A5; GB1271900A

Description

PARKER - HANNIS¹IN CORPORATION
17325 Euclid Avenue
Cleveland, Ohio, U.S.A.

München, den 29. Juni 1970 Unser Zeichen 21.777

Schutzgaseinrichtung

Die Erfindung betrifft flüssigbrennstoff-Einrichtungen, und insbesondere Schutzgaseinrichtungen zum Verhindern einer Explosion und von feuer in flugzeug-Brennstofftanks.

Bekanntlich kann sich eine Explosion und feuer ohne Rücksicht auf eine Zündung oder die Brennetoff-Gasmischung nicht in Brennstoff tanks ausbreiten., wenn die Sauerstoffkonzentration unter der Entzündungsgrenze liegt. Es ist bekannt, ein inertes Gas, beispielsweise Stickstoff, zu verwenden, um Luft (die aus 21 fi Sauerstoff besteht) aus dem Brennstofftank zu verdrängen, und dann den Tank unter Druck zu setzen, um zu verhindern, daß luft in den Tank eindringt, wenn der Tankdruck unter den Umgebungsdruck fällt, beispielsweise wenn das flugzeug an Höhe verliert.

In den Kohlenwasserstoff-Brennstoffen, wie sie gewöhnlioh bei flugzeugen verwendet werden, lösen sich jedooh Gase und auch Sauerstoff aus der Luft proportional zu dem Gms-partjLaldruck, der in dem flughafen an der Grenzfläche zwischen der Luft und dem Brennstoff herrscht. Da der Tankdruck während dem Aufstieg abfällt, wird der Brennstoff mit QtBQn übersättigt· Sie gelösten Oase treten aohließlioh

-009*06/.1601

aus der Lösung aus und steigen in den Gasraum über der .... Flüssigkeit auf, sie neigen jedoch dazu, während längerer Zeit in der Lösung zu "bleiben je nach dem Maß der Sättigung und der Bewegung des Brennstoffes.

Daher hängt die !Freigabe von Gasen aus dem Brennstoff während und nach dem Aufsteigen von solchen Größen wie der erreichten Höhe, dem Schütteln des Plugzeuges durch turbulente Luftströmungen und dem Füllungsgrad des Tankea ab, der eine Auswirkung darauf hat, wie stark der Brennstoff in dem Tank schwappt. Der zeitliche Ablauf der Abgabe des Gases ist daher für irgendeinen bestimmten Flug nicht vorhersagbar. Ferner hängen die Gaskonzentrationen, die bei einer Druckminderung aus dem Brennstoff heraustreten, von den Partialdrucken der verschiedenen gelösten Gase und ihren Löslichkeitskoeffizienten in dem Brennstoff ab. Diese Faktoren haben zur Folge, daß die Sauerstoffkonzentration in dem Gasraum 30 i» Übersteigen kann, wenn die Gase von einem Kohlenwasserstoff-Brennstoff freigegeben werden, der mit Luft übersättigt war. Daher ist keine Sicherheit gegen eine Brennstofftankexplosion dadurch gegeben, daß lediglich die Luft daran gehindert wird, in den. Brennstofftank einzutreten. Es ist auch notwendig, sich mit den in dem Brennstoff gelösten Gasen zu befassen, die sonst aus diesem als Gase mit hoher* Sauerstoffkonzentration während und nach dem Aufstieg austreten.

Eine Schutzgaseinrichtung ist daher gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch einen Tank, der eine Brennstoff-Betankungsmündung mit einer Sprüheinrichtung aufweist, durch die flüssiger Brennstoff in den Gasraum des Tanks eingesprüht wird, und durch eine Vorrichtung zum Tüllen des Gasraumes mit einem inerten Schutzgas, wobei dorn Brennstoff während den Betanken Sauerstoff entzogen wird.

Insbesondere ist eine Sohutzgaeeinrichtung in einem Flugzeug

009885/1501

gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch einen Tank, der eine Brennstoff-Betankungsmündung mit einer Sprüheinrichtung aufweist, durch die flüssiger Brennstoff in den Gasraum des Tankes eingesprüht wird, und durch eine Vorrichtung zum Zuführen eines inerten Schutzgases in den Gasraum, um dem Brennstoff Sauerstoff zu entziehen und den Sauerstoffgehalt in dem Gasraum auf ein Maß herabzusetzen, das nicht in der Lage ist, eine Verbrennung von gasförmigem Brennstoff in dem Gasraura zu unterhalten.

Auführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Pig. 1 eine schematische Darstellung der Einrichtung; und

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines anderen Ausführungsbeispieles der Einrichtung.

Die Einrichtung (Pig. 1) weist einen Plugzeug-Brennstofftank 1 auf, in dessen Gasraum 2 ein inertes Gas, vorzugsweise Stickstoff, durch eine Leitung 3 und eine Nebeldüse 4 zugeführt wird, die mit einem Dewar 5 verbunden ist, der flüssigen Stickstoff enthält. In der Leitung 3 ist ein Ventil 6 vorgesehen, um den Stickstoff-luss in den Gas-raum 2 zu steuern. Das Ventil 6 kann mit Hilfe eines Griffes 6A von Hand oder mit Hilfe eines Pegelfühlers mechanisch geöffnet werden, wenn das Plugzeug sich am Boden befindet. Es kann auch durch einen Differentialdruckftihler 12 geöffnet werden, wenn der Umgebungsdruck den lankdruck um einen vorbestimmten Betrag übersteigt, beispielsweise um 0,035 kg/cm , wie es der Pail sein kann, wenn das Flugzeug niedergeht, ..■■·■

An dem Tank 1 ist ein Pegelsteuerventil 7 angeordnet, das Brennstoff-Auslassmündungen 8 aufweist, die in dem Gasraum

009885/150 1

und vorzugsweise über dem maximalen Füllniveau des Tankes angeordnet ist, das durch einen Pegelfühler, beispielsweise den Schwimmer 9, gesteuert wird, der als Teil des Ventiles 7 gezeigt ist und eine Einlassmündung schließt, wenn ein vorbestimmter Brennstoffspiegel in dem Tank erreicht ist. Die Auslassmündungen 8 des Ventiles 7 sind so angeordnet, daß der Brennstoff in Tropfen aufgesprüht wird und in den Gasraum 2 im wesentlichen in Form eines konischen Sprühnebels oder einer Kaskade einfließt, wobei der einströmende Brennstoff eine sehr große Oberfläche darbietet, so daß der Sauerstoff bei Anwesenheit einer Stickstoffüllung in dem Gasraum 2 wirksam entfernt wird.

Nahe bei dem Ventil 7 ist ein Entlüftungsventil 11 zum Abführen von Abgasen vorgesehen, so daß der in dem Tank 1 vorhandene Stickstoff, der verdrängt wird, während der Brennstoff den Tank 1 füllt, an dem Bereich, in dem der Brennstoff zerstäubt wird, vorbeistreicht, um den Partialdruck des Sauerstoffes in dem Gas bei dem Sprühnebel hinreichend klein zu halten. Durch die Zerstäubung des Brennstoffes durch das Ventil 7 muß eine genügend große Grenzfläche zwischen den Brennstofftropfen und dem Gasraum 2 geschaffen werden, so daß genügend Sauerstoff aus den Tropfen austritt, bevor sie in die Flüssigkeit fallen, so daß die gewünschte Verminderung der Sauerstoffkonzentration in dem Brennstoff erreicht wird.

Wie aus dem Dalton-Gesetz für Partialdrucke bekannt ist, scheint in einer Gasmischung, wie beispielsweise Luft, jedes Gas für jedes andere Gas ein Vakuum zu sein. Daher ist der Gesamtdruck, der auf die Wände eines mit einer Gasmischung gefüllten Behälters ausgeübt wird, gleich der Summe der Drucke, die von den einzelnen Teilgasen erzeugt werden, wenn jeder Gasbestandteil den Behälter bei der Temperatur der Mischung alleine ausfüllen würde. Im vor-

009885/150 1

liegenden Pall ist in dem Brennstoff, der durch das Ventil 7 in deniank eingeleitet wird, Sauerstoff gelöst, der versucht, mit dem in dem Gasraum 2 vorhandenen Sauerstoff in ein Gleichgewicht zu kommen* Da jedoch der Sauerstoffdruck in dem Gasraum 2 gleich Hull oder nahezu gleich Hull ist, tritt der Sauerstoff in dem Brennstoff, der beispielsweise einen Partialdruck von 0,2 kg/cm hat, aus dem Brennstoff mit einer Geschwindigkeit aus, die von der Größe der Grenzfläche zwischen Brennstoff und Gas abhängt, wobei diese Fläche durch Zerstäuben oder kaskadenfÖrmiges Abgeben des Brenn- g stoffes in die Stickstoffatmosphäre stark vergrößert wird. Während der Brennstoff in die Stickstoffatmosphäre eingesprüht wird, wird auf diese Weise ein hoher Prozentsatz des in dem Brennstoff vorhandenen Sauerstoffes den Brennstoff verlassen und wird durch den Stickstoff verdünnt und durch das Entlüftungsventil 11 nach außen befördert.

Wenn der !Dank 1 bis zu einem Niveau gefüllt ist, das durch den Schwimmer 9 bestimmt ist, ist. dem Brennstoff der Sauerstoff so weit entzogen worden, daß, wenn der in dem Brennstoff noch vorhandene Sauerstoff aus dem Brennstoff austritt und in den Gasraum 2 eintritt, der Sauerstoffgehalt in dem Gasraum 2 die Sicherheitsgrenze nicht übersteigt, so daß eine Explosion und Feuer sich nicht fortpflanzen kann.

Während dem Plug, beispielsweise wenn das flugzeug steigt, fällt der Umgebungsdruck. Wenn der Druck in dem Brennstofftank den Umgebungsdruck um mehr als beispielsweise 0„Q5 kg/cm Übersteigt, öffnet sich daa Entlüftungsventil 11, um den lank 1 zu entlüften, bis der Druck sich um weniger

O-

als 0,05 kg/om von dem Umgebungsdruck unterscheidet» Zu diesem Zeitpunkt schließt sich das Entlüftungsventil 1I, Bei normaler Flughöhe bleibt da® Entlüftungsventil 11 geschlossen, und Stickstoff wird durch die Düse 4 eingelassen,-"um den Brennstoffverbrauch auszugleichen.. Da der lankcLnjok

BADORiGlNAL 009885/1501

während dem Anstiög des Flugzeuges fällt, fällt der Betrag an Gas, das der Brennstoff in gesättigter Lösung enthält, ebenfalls ab. Das Gas bleibt jedoch in übersättigter Lösung, bis es aus irgendeinem Grund in den Gasraura freigelassen wird.

Wenn die Übersättigung genügend groß fefcj, kann eine heftige F_reigabe durch eine Anregungj, "beispielsweise durch Schütteln dea !Flugzeuges in einer turbulenten Wetterlage,. erfolgen₉ •und es ergibt sieh eine gefährliche Situation» Bei der oben "beschriebenen Betankung kann"sowohl die Sauerstoffkonzentration in dem freigegebenen Gas als auch die Menge "des freigegebenen Gases .stark reduziert werden« Satsächlich kann die Sauerstoffkonzentration des freigegebenen Gases gesteuert und vorbestimmt werden_o Während das.!Flugzeug weiter steigt, senkt das Entlüftungsventil 11 weiterhin den Druck des Brennstoffes im den 5E?aak 1 mb w&& die Afegalbe tob Stickstoff durch das Entlüftungsventil xfird ianser dann wiederholte, wenn der Tankdrock vsm einen bestimmtem Betrag_s beispielsweise O_sO35 kg/cm² abfällt ο

Wenn Bre.mistoff während des Plages bei gleichbleibender Höhe irerbrEiaeM· x-iir-d oder wenn der FmgeTbwngsdnack während dem Miedergaag ansteigt;, kana der Druck in den Brennstofftank kl@ia®2? als der Uiagebiagsdruck weräenj,- xfodurch das Tentil β aiiaä'bSliola geöffaet wird₅ ii© eines, rela^iir großes Stick·=· stoffstj?9ii| sir eraögläehenr, so daß eia Iteiels in deia Gasrau® 2 ai3fg©l3'Siirfe ιτΙτ&_ΰ der dasia ausreicht _B ein Öffaeia dee Eat= l^eiitile® 11 si irerMadarnc Da-her" χτίτ

üie aus α@θ Joches·geh<8wB,@n '©^©iolatliote, ±mt_d wird des³ .( S⁵SiTo 2 3®d@s? 1©ίΐ ia @ia©a lustaM g©Jbii>lt®a_p ia fie® @r

al© aie

/15 0 1

dem Tank zu unterhalten. Dies wird sowohl dadurch, daß ein Eintreten von Luft in den Tank verhindert wird, als auch dadurch erreicht, daß der in dem Brennstoff gelöste Sauerstoff entfernt wird, um zu verhindern, daß die Sauerstoffkonzentration in dem Gasraum 2 eine sichere Grenze übersteigt.

In Mg. 2 können der Brennstofftank/ das Entlüftungsventil 11, das Pegelsteuerventil 7» der llüssigstickstoffdewar 5, das Ventil 6 und der Drukfühler 12 so ausgeführt sein, wie sie in Zusammenhang mit Pig. 1 beschrieben sind. Um einen I anderen Tank 15 an einem einzigen Punkt über die Einlassmündung 10 des Ventiles 7 zu betanken, leitet eine Leitung, die eine Pumpe 17 enthalten kann, von Sauerstoff befreiten Brennstoff von dem Tank 1 in den Tank 15, während der Betankung oder während des Fluges. Brennstoff kann natürljüi auch von dem Tank 15 gegebenenfalls in den Tank 1 geleitet werden. Der Tank 15 ist mit einem Entlüftungsventil 11 und einer Stickstoff-Zufuhrleitung 18 mit einem Steuerventil 19 ausgerüstet. Das Ventil 19 wird durch einen weiteren Differentialdruckfühler 12 gesteuert.

009885/1501

Claims

Ansprüche

1. Schutzgaseinrichtung, gekennzeichnet durch einen Tank (1), der eine Brennstoff-Betankungsmündung (10) mit einer Sprüheinrichtung (8) aufweist, durch die flüssiger Brennstoff in den Gasraum (2) des Tanks eingesprtiht wird, und durch eine Vorrichtung (3,4,5,6) zum Füllendes Gasraumes mit einem inerten Schutzgas, wobei dem Brennstoff während dem Betanken Sauerstoff entzogen wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Tank (1) eine Entlüftungseinrichtung (11) vorgesehen ist, so daß aus dem Brennstoff während der Betankung freigesetzter Sauerstoff mit dem inerten Gas verdünnt und durch die Entlüftungseinrichtung abgeleitet wird, wodurch die Sauerstoffkonzentration in dem Gasraum unter der Entzündungsgrenze für Brennstoff gehalten wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurph gekennzeichnet, daß die Sprüheinrichtung ein Ventil (T) aufweist, dae #ine Einlassmündung.(10) zur Aufnahme des Brennstoffes von einer Brennstoffzufuhrquelle und einen Auslass (8), der in dem Gasraum (2) des Tanks liegt, zur Abgabe von Brennstoff in den Gasraum in zerstäubter Form, aufweist.

4. Schutzgaseinrichtung, insbesondere nach Anspruch 1, in einem Flugzeug, gekennzeichnet durch einen Tank (1), der eine Brennstoff-Betankungsmündung (10) mit einer Sprüheinrichtung (8) aufweist, durch die flüssiger Brennstoff in den Gasraum(2) des Tanks eingesprüht wird, und durch eine Vorrichtung (3,4,5,6) zum Zuführen eines inerten Schutzgases in den Gasraum, um dem Brennstoff Sauerstoff zu entziehen und den Sauerstoffgehalt in dem Gasraum -auf ein Maß herabzusetzen, das nicht in der Lage ist, eine Verbrennung von gasförmigem Brennstoff in dem Gasraum zu unterhalten.

009885/1501

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,, daß der Tank eine Entlüftungseinrichtung (11) hat, durch die das inerte Gas und von dem Brennstoff freigegebener Sauerstoff während der Betankung abgeleitet wird und durch die das inerte Gas während des Fluges des Flugzeuges abgelassen wird, wenn der Umgebungsdruck bezüglich dem Druck in dem Gasraum abfällt.

6. Einrichtung nach Anspruchs oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Sprüheinrichtung ein Ventil (7) aufweist,

das eine Einlassmündung (10) zur Aufnahme von Brennstoff I von einer Betankungsdüse und am "umfang angeordnete Auslässe (8) hat, durch die der Brennstoff in den Dampfraum (2) des Tankes im wesentlichen in form eines konischen Sprühnebels abgegeben wird.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprüheinrichtung ein Pegelsteuerventil (7) mit einem Pegelfühler (9) aufweist, der das Ventil schließt, wenn der Tank bis zu einem vorbestimmten Niveau gefüllt iet.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis7i dadurch a gekennzeichnet, daß die Zufuhreinrichtung für ein inertes Gas in den Dampfraum (2) einen Dewar (5), der das Gas in flüssiger Form enthält, und eine Ventileinrichtung (6) aufweiet, durch die das Gas in den Gasraum einströmt.

9. Einrichtung naoh Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Tank (1) eine Entlüfbungseinrichtung (11) hat, durch die das inerte Gaa und von dem Brennstoff abgegebener Sauerstoff während der Betankung entlüftet wird, und durch das das inerte Gas während des Fluges des Flugzeuges abgelassen v/lrd, wenn der Umgebungsdruck gegenüber dem Druok in dem Gaoraum fällt, und daß eine Sfceuorein-

009885/ISOl

richtung (12) für das Yentil (6) eine vorbestimmte Druckdifferenz zwischen dem Druck in dem Gasraum und dem Umgebungsdruck während des ITuges des Flugzeuges aufrechterhält, wenn der Umgebungsdruck gegenüber dem Druck in dem Gasraum ansteigt.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9» dadurch, gekennzeichnet, daß ein weiterer Tank (15) in Ströraungsmittelverbindung mit dem Tank (1) vorgesehen ist, wobei der Tank (15) über den Tank (1) gefüllt werden kam?,₀

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Tank (15) eine Einrichtung (18,19) zum Zuführen eines inerten Gases in den Gasraura desselben aufweist.

12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das inerte Gas Stickstoff ist.

QQ9885/150