DE2203258A1 - System und Verfahren zur Unterdrueckung von Reaktionen in einem Kraftstofftank - Google Patents

System und Verfahren zur Unterdrueckung von Reaktionen in einem Kraftstofftank

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DE2203258A1 DE19722203258 DE2203258A DE2203258A1 DE 2203258 A1 DE2203258 A1 DE 2203258A1 DE 19722203258 DE19722203258 DE 19722203258 DE 2203258 A DE2203258 A DE 2203258A DE 2203258 A1 DE2203258 A1 DE 2203258A1
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Description

21.811
PARKEH-HANNIPIN CORPORATION Cleveland (Ohio, USA)
System und Verfahren zur Unterdrückung von Reaktionen in eineui Kraftstofftank
Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Unterdrücken von Reaktionen in einem Kraftstofftank.
In einem Kraftstofftank können sich Flammen und Explosionen bekanntlich nicht ausbreiten, wenn der in dem Tank befindliche Kraftstoffdampf weniger als 10 $> Sauerstoff enthält. Es ist schon vorgeschlagen worden, in den Dampfraum von Plugzeug-Kraftstofftanks ein Inertgas, z.B. Stickstoff, einzuleiten, um die etwa 21 fo Sauerstoff enthaltende Luft aus dem Tank herauezuspülen, und danach einen Lufteintritt in den Tank zu verhindern und nur Stickstoff einzulassen, wenn der Druck in dem Tank erhöht werden muß, beispielsweise bei einem Sinkflug <*es Flugzeuges, so daß der Sauerstoffgehalt in dem Dampfraum stets unter 10 i» gehalten wird.
In flüssigen Kraftstoffen werden aus der Luft häufig Gase, darunter auch Sauerstoff, in Mengen gelöst, die den «Gas-Partialdrücken an der Grenzfläche zwischen der Luft und dem Kraftstoff proportional sind. Wenn daher
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ein Tank eines Flugzeuges aus einem am Boden angeordneten Vorratstank gefüllt wird, ist in dem eintretenden Kraftstoff Sauerstoff in einer Menge gelöet, die von dem am Boden herrechenden, atmosphärischen Druck abhängig ist. Beim Steigflug des Flugzeuges zieht Gas aus dem Dampfraum des Tanks in die Atmosphäre ab, so daß der Druck in dem Kraftstofftank sinkt und stets annähernd dem Umgebungs-Luftdruck entspricht. Infolge dieses verminderten Druckes auf den Kraftstoff wird dieser mit Sauerstoff übersättigt, der schließlich aus der Lösung austritt und in den Dampfraum aufsteigt. Selbst wenn daher dafür gesorgt ist, daß durch Einleitung von Stickstoff in den Dampfiaum der Sauerstoffgehalt unter 10 Jf herabgesetzt wird, wenn sich dae Flugzeug am Boden befindet, kann infolge des Austritts yon Saueretoff aus dem Kraftstoff beim Steigflug der Sauerstoffgehalt des Dampf räume auf mehr al« 10 1» steigen, wenn diea nicht durch zusätzliche Maßnahmen verhindert wird. Eine derartige Maßnahme ist in der USA-Patentschrift 3 229 446 angegeben und besteht darin, daß während de« Tanken* der Sauerstoff aus dem flüssigen Kraftstoff ausgewaschen wird, indem reiner Stickstoff vem einer außen angeordneten Quelle in den Kraftstoff eingeleitet wird. Für diesen Zweck iet eine beträchtliche Stickstoffmenge erforderlich. Nach dem Volltanken befindet sich zwar in dem Schwundraua des !Tanks ein Teil des dabei gebildeten Gemisches von Stickstoff und Sauerstoff in solchen iaateilen, daß das Gemisch inert iet..doch zieht beim Tanken ein beträchtlicher Teil des Stickstoffes ab, so daß bei der Verwendung des in der genennten Patentschrift angegebenen Systems hohe Kosten entstehen.
Die Erfindung schafft nun ein System zum Unterdrücken jron Reaktionen in einem Kraftstofftank, dessen Dampfraum im Betrieb Inertgas enthält, mit einer Mischeinrichtung, die einen Eintritt für flüssigen Kraftstoff
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besitzt, der gelösten Sauerstoff enthält, sowie einen Austritt zur Abgabe des Kraftstoffes in den Tank, und mit einer Einrichtung zum Zuleiten des Inertgases zu der Mischeinrichtung und zum Vermischen des Inertgases mit dem Kraftstoff derart, daß der Sauerstoff aus dem Kraftstoff ausgewaschen wird.
Ferner schafft die Erfindung* ein System zum Unterdrücken von Reaktionen in einem Kraftstofftank, der eine !Hill Öffnung basitzt, durch die im Betrieb flüssiger Kraftstoff, der gelösten Sauerstoff enthält·, in den Tank eingeleitet wird, mit einer ersten Mischeinrichtung zum Einleiten eines Inertgases und zum Vermischen desselben mit dem Kraftstoff bei dessen Eintritt in den Tank, βο daQ Sauerstoff aus dem Kraftstoff ausgewaschen wird, mit tiner Pumpeinrichtung zum Umwälzen von Kraftstoff in dem Tank, mit einer zweiten Mischeinrichtung zum Einleiten einte Inertgaeee und zum Vermischen desselben mit dem Kraftstoff bei deesen Austritt aus der Pumpeinrichtung, so dafl weiterer Sauerstoff aus dem Kraftstoff auegewaschen wird, und mit eintr in dem Dampfraum des Tanks angeordneten Gaeabzugstinrichtung, durch dit Gase, einschließlich' yon beim Füllen des Tanks und beim Umwälzen des Kraftstoffs in dem Tank aus dem Kraftstoff ausgewaschenem Sauerstoff abziehen können.
Außerdem schafft die Erfindung zur Unterdrückung von Reaktionen in einem Kraftstofftank beim Füllen desselben ein Verfahren, in dem bereits in dem Tank befindliches Inertgas mit in den Tank eintretendem, flüssigem Kraftstoff innig vermischt wird.
Durch die Anwendung der Erfindung kann die Stickstoffmenge, die zum Unterdrücken von Reaktionen in einem ilugzeug-Kraftstofftank erforderlich ist, und
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können damit auch die Kosten dieses Stickstoffs herabgesetzt werdent indem das inerte Gasgemisch, dae zum Unterdrücken von Reaktionen in einem leeren Kraftstofftank enthalten ist, beim Pullen des Tanks zu Auswaschen von Sauerstoff aus dem in den Tank eintretenden Kraftstoff verwendet wird. Zu diesem Zweck kann m^n eine als Saug-Epparat ausgebildete Mischduse verwenden} welche das inerte Gasgemisch aus dem Schwundraum des Tanks ansaugt und mit dem eintretenden flüssigen Kraftstoff vermischt, so daß gelöster Sauerstoff aus den Kraftstoff ausgewaschen wird.
Bei leer eic rank soll deesen Schwundraum vorzugsweise eo viel Stickstoff enthalten, daß das schließlich in dem Dampf raue «erhaltene Gaegeeiseh weniger als 10 $> Sauerstoff enthält, Tse&n "bei vollem 3ehälter der in dem Kraftstoff gelöets Sauerstoff im Partialdruckgleichgewicht Mt v 2®a in dem Dampf raum sntiialtenen Sauerstoff steht. Da ;·'■.? O^ zus ät si icher ?suerstoff aus der Lösung austritt, ψ*-*: "leim Steigflug des Jflugzeugee -i^r Tankdruck sinkt, Xf.-:, *n ir. «eschen ^iXlsz. zweckmäßig oder aotwenÄLg sein, «us? r^lichec Stickstcff in ΐ$χι ianlc sinzulsiten, damit -ß\Ä i>teigflug 2-usätiiio;ri Sauerstoff aus dem Kraftetoff :■. ^^*waeeh«r and dlt iUu^u src ff konzentrat ion tint tr dem ··.·■ ';'»ert von 10 i» geiialten wird. Man kann feraer dafür so-'gen, daß zusätzlicher Stickstoff in den Tank eingeleitet, sirä, ua den Druck in dem Tank im wesentlichen auf den Ei·'/.v1' der Umgebungsetaospliäre zu erhöhen, wenn daß ilugze.*2 Höhe verliert und/oder der Kraftstoff verbraucht wird. Durch diesen zusätzlichen Stickstoff wird der Tank am Boden bis zum Nachtanken in einem reaktionsunfähigen Zustand gehalten. Dies wird nachstehend beschrieben. In der ■vorliegenden Beschreibung Bind die Einrichtungen zum Einleiten dieses zusätzlichen Stickstoffs beim Steig- und Sinkflug nur allgemein angedeutet. Line ausführlichere Beschreibung dieser Einrichtungen ist in der deutschen Pa+antarucelaui!.g P 19 10 204.4 der Anmelderin enthalten.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen
Pig. 1 schematisch ein erfindungsgemäßes System zur Unterdrückung von Reaktionen und
Pig. 2 und 3 im Querschnitt einen Saugapparat und eine Strahldüse für das erfindungsgemäße System.
Gemäß der Zeichnung wird ein Plugzeug-Kraftstofftank 1, der einen Schwund- oder Dampfraum 2 besitzt, mit einem Inertgas, z.B. Stickstoff, über eine Leitung 3 und eine Zerstäuberdüse 4 aus einem Dewar-Gefäß 5 gespeist, welches das Inertgas in flüssiger Porra enthält. Die Leitung 3 enthält ein Hegelventil 6, das die Strömungsmenge des zur Druckbeaufschlagung in den Dampfraum 2 strömenden Inertgases steuert. Des Regelventil 6 wird beispielsweise unter Steuerung durch einen Druckdifferenzfühler 7 geöffnet, wenn z.B. bei einem Sinkflug des Flugzeuges der Umgebungadruck den TankAruck um tinen vorherbestimmten Betrag, beispielsweise 0,007 kp/cB2, übersteigt·
Der Tank 1 ist alt einem Gasabzugsventil 8 versehen, das einen Gasabzug ermöglicht, ·ο daß beim Pullen des Tanks am Boden und bei einem Steigflug des Flugzeuges eine vorherbestimmte maximale Druckdifferenz 'zwischen dem
Dampfraum 2 und dem Umgebungsdruck aufrechterhalten werden kann.
Der soeben beschriebene Teil des Systems ist so eingerichtet, daß nach dem Landen des Plugzeuges nach einen Plug, in dem das System den Tank 1 unter Inertgasdruck gesetzt hat, der Druck in dem Tank 1 um beispiels-
weise 0,02-0,05 kp/cm höher ist als der Umgebungsdruck.
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Wenn das Plugzeug lindere Zeit abgestellt wird, kann die Druckdifferenz infolge von lernperaturveränderur.gen oder aus anderen Gründen auf einen niedrigeren .Vert sinken. Wenn der Druck auf einen "A'ert von beispiele.vs se 0,01 kp/cin über dein Umgebungsdruck gesunken ist, bewirkt der Druckdifferenzfühler 7, da3 das Regelventil 6 öffnet, s? äa2 Inertgas in den Jan.t 1 einströmt, bis der Tankdrvck wieder um 0,02 kp/crn hoher ist als der Umgebungsdruck, worauf das Ventil 6 schließt.
Der Tank 1 besitzt ein Kraftstoffeiniaßventil 9, an das eine Fülldüse 10 zum Füllen des Tanks"angeschlossen werden kann# Beim Füllen des Tanks 1 strömt der eintretende Kraftstoff von der Düst 10 durch einen Saugapp&rat 12, der beispielsweise gemäß iig. 2 ausgebildet sein kann und eine Saugöffnung 14 besitzt, an die ein RcLr 15 angeschlossen ist, das in der liähe der Decke des Janks 1 mündet. Infolgedessen bewirkt der Unterdruck em Hals \o eines Venturirohre 17, daß aus dem HauE 2 das inerte Gemisch aus Stickstoff, Sauerstoff und Kraftstoffdampf angesaugt und mit dem Kraftstoff gemischt wird, worauf das aus dem flüssigen Kraftstoff und dem inerten Gasgemisch bestehende Gemisch durch den Diffusor 16 des Saugapparate 12 und turbulent ' durch ein langgestrecktes Rohr 20 strömt. Infolge der Turbulenz wird der Kraftstoff weiter durchgemischt, wodurch zusätzlich gelöster Sauerstoff au? dem Kraftstoff austritt und in das inerte Gasgemisch eintritt, das aus dem Dampfraum 2 angesaugt worden ist.
Die Austrittsöffnung des langgestreckten Kohrs 20 befindet sich verzugsweise am Eoden des Tanks 1, so daß sie während des größten Heils des Tüllvorhanges in dem Kraftstoff untergetaucht ist. Das neuentstandene Gemisch 6Uo den Inertgcsen und dem eus dem eintretenden Kraftstoff ausgetretener: Sauerstoff steigt in i:raa von Blasen
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- 7 fein dem Kraftstoff auf und tritt in den Dampfraum 2 ein. Wenn das Volumen dee Dsmpfraums 2 abnimmt und der darin herrschende Druck zunimmt, sieht ein Teil dieses GenJ.«- aches durch das G-asabzugs ventil 8 in die Atmosphäre ab«
Der in dem Schwundraum des leeren Tanks 1 enthaltene Stickstoff wird daher sum Entfernen bzw« Auswaschen von Sauerstoff aus dem in den iank eintretenden Kraftstoff verwendet, so daß v/ährend des Steigfluges des Flugzeuges kein Sauerstoff aus dem Kraftstoff entfernt zu werdeh braucht oder für diesen Zweck eine kleinere Stickstoffmenge genügt.
Entfernung Ton weiterem Sauerstoff aus dom Kraftstoff während des Steigfluges des 2?lugzeu&@s ist ein· Uawölzpumpe 21 mit geringem Druckabfall und groß®®. Fördervolumen vorgesehen» Dies© Pumpe wälzt sen Kraftstoff in dem Tank 1 durch ein Waeohrchr 22 um9 wobei iie Düse 24 ein Inertgas, z.B. Stickstoff 7 In den Kraftstoff-Rohrkrümmer 25 auf der Druckseite der Pmape 21 einloitst. Auf diese Weise wird der Kraftstoff in dem Tank 1 gQW-sohen und der Sauerstoffgehalt dieeea Kraftstoffes Ii©i,aabgesetzt, wenn unter der Wirkung der Puapt 21 du« If&ft« stoff-Stickstoff-öemisch durch das langgestreckt® Wtsaelirohr 22 umgewälzt wird und in dieoem Rohr turbulent strömt, damit der Kraftstoff gründlich durchgemischt und gewaschen wird. Der ausgetretene Sauerstoff ftaft- der jetzt gasförmige Stickstoff steigen in den Dampfraum 2 auf, aus dem eine Teilmenge dieser Gase durch das Grasabzugsventil 8 in die Atmosphäre abzieht, wenn der Umgebungsdruck abnimmt. Die Inertgas-Zuleitung 26 enthält ein Regelventil 27 zur Regelung des.Druckes des in den Kraftstoff-Rohrkrümmer 25 einzuleitenden Gases» Eowie ein Rückschlagventil 28, das einen Eintritt -mn Kraftstoff in das Stickst off sy st em verhindert.
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Mit dem Ventil 27 und der Pumpe 21 ist eine · elektrische Steuereinrichtung 30 verbunden, welche die Einrichtungen 27 und 21 einschaltet, wenn der larkdruck um einen vorgewählten Betrag zugenommen oder die Flughöhe um einen vorgewc;hlten Betrag abgenommen hat, und diese Einrichtungen wieder ausschaltet, wenn'ein geeigneter Zeitraum verstrichen ist. lie Austrittsöffnung des Rohrs 22 befindet sich vorzugsweise in der Mhe des Spiegels des Kraftstoffs in dem annähernd vollständig gefüllten Tank 1 , und zwar an dem der Pumpe 21 entgegengesetzten .Ende des Tanks, so daß der Kraftstoff im wesentlichen vollständig durch des Waschrohr 22 hindurch umgewälzt werden kann.
Auf hier nicht gezeigte, bekannte Wpise wird der Kraftstoffstand bestimmt, bie zu dem der Tank gefüllt wird. Zu diesem Zweck ist ein Standregelventil vorgesehen, welches das Kraftstoffeinlaßvemtil 9 schlieft, wenn der Tank 1 Die zu dem gewünschten Stand gefüllt ist. Während des Fluges, z.B. während des Steigfluges, des Flugzeuges, sinkt der Umgebungsdruck. Wenn dann der Kraftstofftankdruck um mehr als z.B. 0,05 kp/cm höher ist als der Umgebungsdruck, öffnet.das Gasabzugsventil 8, so daß Gas aus dem TarJc 1 absieht, bis der Druck nur noch um oder weniger als 0,05 kp/cm höher ist als der Umgebungsdruck, worauf daa Gasabzugeventil 8 schließt. In der Reiseflughöhe bleibt das Gaeabzugsventil 8 geschlossen und wird der Kraftstoffverbrauch durch eine Einleitung von Inertgas über die Düse 4 kompensiert.
Wenn beim Eeiseflug in gleichbleibender Höhe Kraftstoff verbraucht wird, oder wenn beim Sinkflug der Umgebungsdruck steigt, kam der Kraftstofftankdruck unter den lige.bungsdruck sinken, εο dak zusätzlich das Ventil 6 geöffnet wird und eine relativ groüe Inertgasmenge einströmen kann. Infolgedessen steigt der Druck in dem
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Dampfraum 2 auf einen solchen Wert, daß sich das Grasabzugsventil 8 nicht in einer solchen Richtung öffnen kann, daß im normalen Betrieb Umgebungsluft in den Tank 1 eintreten kann.
Wie aus der vorstehenden Besehreibung hervorgeht, führt die Verwendung dee in dem Dampfraum 2 enthaltenen Inertgases mittels des Saugapparata 12 während des füllens des Tanks 1 dazu, daß insgesamt zur Unterdrückung von Reaktionen in dem Tank 1 während des Füllens am Boden, während des Fluges und bei nach dem Flug bis zum nächsten Tanken am Boden abgestelltem Flugzeug eine kleinere Gesamtmenge des Inertgases genügt.
Di· Rohre 20 und 22 kennen in der hier angegebenen Weise verwendet werden, sind aber nicht in allen Fällen erforderlich, in denen deaf Saugapparat 12 während des Füllens des Tanks zum Einleiten von aus dem Dampfraum 2 kommemdem Inertgas dient. In nanchen- Fällen, in denen der Saugapparat 12 verwendet wird, kann das Rohr anders ausgebildet sein oder ganz entfallen. In diesem Fell kann die Düse 12 direkt in den Tank 1 münden, und «war oberhalb oder unterhalb des Spiegels des darin ent-· haltenen flüesigen Kraftstoffs.
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Claims (11)

Patentansprüche»
1./System zum Unterdrücken von Reaktionen in
einem Kraftstofftank, dessen Dampfraum im 3etrieb Inertgas enthält, gekennzeichnet durch eine Mischeinrichtung
(12), die einen Eintritt (9) für flüssigen Kraftstoff besitzt, der gelösten Sauerstoff enthält, und einen Austritt (1.8) zur Abgabe des Kraftstoffs in den Tank (1),
sowie durch eine Einrichtung (15) zum Zuleiten des Inertgases zu der Mischeinrichtung und zum Vermischen des
Inertgasee jait dem Kraftstoff derart, daß der Sauerstoff aus dem Kraftstoff ausgewaschen wird.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung einen Saugapparat (12) besitzt, mit dessen Säugöffnung (H) die Zuleitungseinrichtung (15) verbunden ist.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Austritt (18) am Boden des
Tanks (1) befindet.'
4. System nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung (12) austrittst eeitig ein langgestrecktes Rohr (20) besitzt, durch welches das Gemisch aus Kraftstoff und Inertgas unter fortgesetzter Vermischung in den Tank (1) strömt.
5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung (12) in dem Tank (1) angeordnet ist.
6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, -gekennzeichnet durch eine Einrichtung (3-7) zum Ausschluß von Luft von dem Tank (1).
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7· System zur Unterdrückung von Reaktionen in einem Kraftstofftank, dessen Dampfraum Inertgas enthält und der eine Füllöfinung besitzt, durch dieKraftstoff in den Tank eingeleitet wird, .gekennzeichnet durch einen Saugapparat (12), der eine mit der Füllöffnung (9) in Verbindung stehende Eintritt ε öffnung, eine in dein Tank (1) engeordnete Austritts öffnung (18). ur-d eine n.it dem Dampfraum (2) in Verbindung stehende Säugöffnung (H) besitzt, so daß aus dem Dsmpfrs.um kommendes Inertgas mit dem eintretenden und durch den Saugapparat strömenden Kraftstoff vermischt und durch aus diesem Sauerstoff ausgewaschen wird.
8. Syetem nach Anspruch. 7» dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Dampfraum (2) des tanks (1) eine eigene Inertgasquelle (5) in Verbindung steht.
9. Syetem nach Anspruch. 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Tank (1) mit einer Grasabzugseinrichtung (8) versehen.ist, durch die überschüssige Gase aus dem Dampfraum (2) zur Außenseite des Tanks abziehen können, während dieser mit Kraftstoff gefüllt wird.
10. Syetem nach Anepruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugöffnung (14) mit dem Dampfraum (2) über eine Leitung (15) in Verbindung steht, die einen Eintritt in dem Dampfraum besitzt, und die Gasabzugseinrichtung (ö) von dem Eintritt dieser Leitung entfernt angeordnet ist. .
11. System zur Unterdrückung von Reaktionen in einem Kraftstofftank, der eine Füllöffnung besitzt, durch die im Betrieb flüssiger Kraftstoff, deifgelösten Sauerstoff enthält, in den Tank eingeleitet wird, gekennzeichnet durch eine erste Mischeinrichtung (12) zum Einleiten
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eines Inertgaies und zum Vermischen desselben mit dem Kraftstoff bei dessen Eintritt in den Tank (1), so daß Sauerstoff aus dem Kraftstoff ausgewaschen wird, eine PuspeinriGhtung (21) zum Umwälzen von Kraftstoff in den Sank, dureli eine s'seite Mischeinrichtung (25) zum Ein-I®i"öteZi ^in©s Insrtgasss unl zum Vermiscken desselben mit
:i@a Kraftstoff "bei ässsen Austritt aus der Pumpeinrichiusfs so äaS weiterer Sauerstoff aus &@m Kraftstoff ausgQ^asGiiQn i/i?d, ?iM durch a ine in d@m Dampf raum (2) des So.iiks ang®O2?dnsto fJasabsugseinrichtung (8) , durch die SasQ, 'SiaS'ShlisBlich τ©η öeim Füllen des Tanks und beim !vEraälsoin äQs Kraftstoffs in dem Tank aus d@mo Kraftstoff sm Saus^stoff 9 abziehen können.
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'-z-.iqz7}$i&zs:'j' (12) pQQätst, äer eise Sraftstoffeintritte- ^ariag (S") j siae mit siiaa? Inertgasquelle (2) in Ver- ixunnQ spähende Saugöffauag (14) und eine luetrittsöff-";::j:2 (IS) aufweist 5 durch welche das Gemisch aus Kraftiisff unu. Inertgas in den Tank (1) strömt.
14· System naeh Anspruch 13? dadurch gekennsichnet, daß im Betrieb des Tanks (1) dessen Dampf- @,um (2) Ii'i'frtgagj esriliält und die genannte Inertgasuelle bildst«
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15· Verfahren zur Unterdrückung von Reaktionen in einem Kraftstofftank beim Füllen desselben^ dadurch gekennzeichnet, daß bereits in dem Tankt(1) befindliches Inertgas mit in den Tank eintretendem, flüssigem Kraftstoff innig vermischt wird. *
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