ES2221048T3 - Combustible refrigerado para motores. - Google Patents

Abstract

UN METODO PARA SUMINISTRAR COMBUSTIBLE A UN MOTOR (92) DE UN VEHICULO QUE TIENE UN DEPOSITO DE ALMACENAMIENTO (70) DE CARBURANTE CONSISTE EN DISPONER DE UN CARBURANTE LIQUIDO QUE SE SUMINISTRA AL MOTOR (92). EL CARBURANTE SE REFRIGERA A TEMPERATURAS REDUCIDAS, SUSTANCIALMENTE INFERIORES A LA TEMPERATURA AMBIENTE, PARA REDUCIR EL VOLUMEN DEL CARBURANTE. EL CARBURANTE SE ALMACENA EN EL DEPOSITO DE ALMACENAMIENTO (70), MIENTRAS LA TEMPERATURA DEL CARBURANTE PERMANECE REDUCIDA, POR LO QUE EL VOLUMEN REDUCIDO DEL CARBURANTE PERMITE CONTENER MAS CARBURANTE EN EL DEPOSITO DE ALMACENAMIENTO (70) O AUMENTA EL VALOR ENERGETICO DEL CARBURANTE POR VOLUMEN UNITARIO. PUEDE TRANSFERIRSE EL CARBURANTE DESDE EL DEPOSITO DE ALMACENAMIENTO (70) AL MOTOR (92), MIENTRAS LA TEMPERATURA DEL CARBURANTE PERMANECE REDUCIDA. EL CARBURANTE PUEDE REFRIGERARSE UTILIZANDO NITROGENO LIQUIDO (76) O EQUIPOS DE REFRIGERACION MECANICOS CONVENCIONALES (150).

Description

Combustible refrigerado para motores.

Campo técnico de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento de suministro de combustible al motor de un vehículo, y en particular un procedimiento de suministro de combustible líquido a una aeronave y otros vehículos.

Antecedentes de la invención

El viaje por aeronave se ha convertido en el modo de transporte preferido para viajar a grandes distancias. La moderna aviación a reacción está bien equipada para realizar el vuelo a altas velocidades, permitiendo el recorrido de grandes distancias en tiempos bastante cortos. Como los aviones a reacción y otros tipos de aeronaves sólo pueden cargar una cantidad de combustible limitada, uno de los principales factores que limitan la autonomía de una aeronave es la necesidad de repostar. Aunque con ciertos tipos de aviones es posible efectuar la recarga de combustible en vuelo, la mayor parte de las veces la recarga se efectúa en tierra. Estas paradas para carga de combustible prolongan la duración del viaje. Es deseable, por tanto, aumentar la cantidad de combustible que puede almacenarse en la aeronave, preferiblemente sin alteración de la estructura que presenta la aeronave o con sólo mínimas alteraciones.

Es sabido que el comportamiento de los motores alternativos que utilizan la combustión de la mezcla aire-combustible mejora con la introducción del aire refrigerado. Ello es debido al incremento de densidad del aire, lo que se traduce en un mayor aporte de oxígeno para la combustión. El aire refrigerado también previene contra la combustión espontánea durante la compresión de la mezcla combustible. También es conocida la refrigeración del combustible para estos motores utilizando el equipo de aire acondicionado existente y su aplicación para la reducción de los vapores de combustible que pueden crear tapones de vapor en los conductos de combustible o para la reducción de las pérdidas de combustible por su emisión a la atmósfera al evaporarse de depósito de combustible. La técnica anterior también enseña el uso de combustible refrigerado por medio del sistema de aire acondicionado para refrigerar al aire que se introduce en el motor, y para retrasar la vaporización del combustible durante la compresión mejorado de este modo el rendimiento del motor.

Sumario de la invención

En la técnica anterior se han propuesto varias ideas para repostar las aeronaves, véanse, por ejemplo, los documentos DE 3.214.878 y US 5.251.603. Sin embargo, todos estos procedimientos propuestos presentan ciertas limitaciones.

En consecuencia, la invención proporciona, en un primer aspecto, un procedimiento para la carga de combustible en una aeronave dotada de un depósito de almacenamiento a bordo, que comprende las partes de suministro de un combustible líquido para repostar la aeronave, transfiriendo el combustible a una posición en tierra, y el procedimiento está caracterizado por: refrigeración del combustible a temperaturas reducidas en tierra exteriormente a la aeronave y hasta una temperatura sustancialmente inferior a la temperatura ambiente de manera que se reduzca el volumen del combustible; y transferencia del combustible a la aeronave y almacenamiento en el depósito de a bordo mientras se encuentra a temperaturas reducidas, obteniendo de este modo con la temperatura y el volumen reducidos del combustible un incremento del valor energético del mismo por unidad de volumen.

Según un segundo aspecto, la invención proporciona un sistema de suministro de combustible para la carga de combustible en una aeronave, que comprende un depósito de almacenamiento del combustible en tierra, y caracterizado por un conducto de combustible conectado a dicho depósito de almacenamiento para el envío del combustible a un intercambiador de calor desde el interior de dicho depósito de almacenamiento; estando dicho intercambiador de calor conectado a dicho conducto de combustible para la recepción del combustible desde dicho depósito de almacenamiento y refrigeración del mismo hasta temperaturas reducidas, que son inferiores a la temperatura ambiente, en el que el volumen del combustible refrigerado se reduce por debajo del volumen del combustible a la temperatura atmosférica; y un segundo conducto de combustible conectado a dicho intercambiador de calor para el suministro del combustible a la aeronave a las temperaturas reducidas.

Breve descripción de los dibujos

A continuación la presente invención y sus ventajas se pondrán más claramente de manifiesto haciendo referencia a la siguiente descripción conjuntamente con los dibujos adjuntos, en los que:

la Figura 1 ilustra una representación esquemática de una aeronave que está siendo repostada de combustible según la presente invención;

la Figura 2 ilustra una unidad móvil de refrigeración utilizada en la refrigeración de combustible según la presente invención;

la Figura 3 ilustra una vista en alzado lateral de una unidad portátil de refrigeración realizada según la presente invención;

la Figura 4 ilustra una representación esquemática que muestra un refrigerador de baja temperatura de dos etapas para la carga de combustible de reactor a temperaturas criogénicas según la presente invención; y

la Figura 5 ilustra una vista en alzado lateral de un camión cisterna destinado a repostar aeronaves que incluye una unidad portátil de refrigeración que se utiliza según la presente invención.

Descripción detallada de la invención

Puede obtenerse una notable reducción del volumen de los combustible utilizados en las reacciones de combustión orgánicas reduciendo drásticamente la temperatura de combustible por debajo de la temperatura ambiente. Los combustibles que se utilizan en la presente invención son combustibles líquidos primarios de la destilación del petróleo, e incluyen el queroseno o los combustibles de reactor, gasolina de aviación (avgas), y gasolina para automóviles. No obstante, resultará evidente para los expertos en la materia que la invención podría tener aplicación para otras sustancias combustibles orgánicas líquidas y no debe limitarse a los relacionados en el presente documento.

La invención encuentra particular aplicación en el campo de la aviación en donde el espacio para almacenamiento de combustible es limitado. Si se reduce el volumen del combustible antes de su aprovisionamiento, puede almacenase en la aeronave una masa mayor de combustible. Ello incrementa la autonomía de la aeronave, permitiéndole recorrer mayores distancias sin repostar combustible.

El cambio de volumen del queroseno o combustible de reactor puede estimarse para cada cambio de temperatura por la siguiente fórmula:

V_{f} = V_{i}-[V_{i} (0,0006º/F) (T_{i}-T_{f})

en donde V_{f} es el volumen final, V_{i} el volumen inicial, T_{i} es la temperatura inicial y T_{c} es la temperatura final. Así pues, 3.785 l (mil galones) de combustible de reactor a 15,5ºC (60ºF) que se enfrían hasta -26ºC (-15ºF) tendrán un volumen final de unos 3.614 l (955 gal). Esto resulta especialmente significativo en la aviación comercial en donde se almacena y consume gran cantidad de combustible. Por ejemplo, el típico "BOEING 747" puede transportar unos 200.000 l (53.000 galones) de combustible. Reduciendo la temperatura del mismo volumen de combustible de 15,5ºC (60ºF) a -40ºC (-40ºF), es decir una diferencia de temperaturas de 55,5ºC (100ºF), dicho volumen se reduce en aproximadamente 12.000 l (3.180 galones). Ello equivale 9.000 kg (20.000 libras) de combustible que pueden añadirse a los depósitos de combustible del avión. En otras aplicaciones el descenso de la temperatura del combustible por debajo la temperatura ambiente en una diferencia de 22,2ºC (40ºF) puede ser apropiada para proporcionar una mayor capacidad de combustible y para aumentar el nivel energético por unidad de volumen del combustible, como puede ser una refrigeración del combustible desde la temperatura ambiente de 15,5ºC (60ºF) hasta una temperatura reducida de -6,6ºC (20ºF). Adicionalmente, en todavía otras aplicaciones, puede ser deseable reducir la temperatura del combustible por debajo de la temperatura ambiente, pero manteniendo la temperatura por encima de 0ºC (32ºF) de manera que se evite el punto de congelación de la humedad ambiente.

Haciendo referencia ahora a la Figura 1, se ilustra un sistema de refrigeración del combustible 10 para la refrigeración de combustible de reactor 8 en una instalación convencional de aeropuerto. Normalmente, el combustible se almacena en depósitos subterráneos. En este caso en particular, un combustible de reactor 8 de grado "A" se almacena en el depósito subterráneo 12. El combustible de reactor "A" 8 es un combustible de tiempo cálido que deja de fluir a temperaturas por debajo de -44,4ºC (-48ºF), aproximadamente. Esta temperatura se denomina normalmente "punto de vertido". Situado en la superficie, en un punto próximo, se encuentra un depósito aislado de almacenamiento de combustible 14. El depósito 14 contiene combustible de reactor de grado "B" 15. El combustible de reactor "B" 15 es un combustible especial para tiempo frío cuyo punto de vertido es de -50ºC (-58ºF).

El combustible almacenado en el depósito 14 se encuentra acoplado a una unidad de refrigeración 16 que refrigera el combustible de reactor "B" dentro del depósito aislado 14 hasta una temperatura de unos -45,5ºC (-50ºF), que es superior al punto de vertido del combustible. Unos conductos de combustible aislados 18 se encuentran acoplados entre el depósito 14 y un intercambiador de calor 20 que está situado en el depósito subterráneo 12. Haciendo circular el combustible de reactor "B" a través del intercambiador de calor 20, el combustible almacenado en el depósito 12 puede experimentar un enfriamiento previo. La temperatura del combustible contenido en el depósito 12 debe estar vigilada y debe controlarse la cantidad de combustible de refrigeración que circula procedente del depósito 14 para evitar que la temperatura del combustible contenido en el depósito 12 caiga por debajo de las 0ºC (32ºF). Esta precaución es en evitación de que el agua existente pueda congelarse lo que podría producir daños en el depósito o sus acoplamientos. Preferiblemente, la temperatura del combustible contenido en el depósito 12 se mantiene a 1,6ºC (35ºF).

Cuando es necesario repostar una aeronave, tal como la aeronave 22, se sitúa próxima a la misma y al depósito subterráneo 12 una unidad móvil de aprovisionamiento o un camión 24 dotado de un intercambiador de calor 26, exactamente igual que haría un camión convencional de suministro durante la carga de combustible. Aunque para el intercambiador 26 pueden utilizarse varios tipos de intercambiadores de calor, se ha comprobado que es eficaz un intercambiador de calor del tipo de placas.

El intercambiador de calor 26 está comunicado mediante mangueras 28, en las conexiones 32, con los conductos subterráneos aislados 30. Los conductos 30 actúan como conductos de alimentación y de retorno del combustible de reactor "B" contenido en el depósito 14 cuando este combustible circula a través del intercambiador de calor 26, en el que actúa como refrigerante. Al efectuar esta operación, se introduce aire a presión procedente de un compresor 34, en el interior del depósito subterráneo 12 a través del conducto 36. Esto fuerza al combustible de reactor "A", previamente refrigerado, a fluir a través del conducto 38 y penetrar en el intercambiador 26, que se encuentra montado en el camión 24, en donde el combustible se refrigera aún más.

La temperatura del combustible de reactor "A" refrigerado o enfriado, puede variar a su salida del intercambiador de calor 26. Preferiblemente, cuanto más frío se encuentre el combustible tanto mejor, siempre que su temperatura se mantenga por encima del punto de vertido del combustible. Pueden alcanzarse temperaturas de entre -17,7 y -45,5ºC (0 a -50ºF), siendo preferible entre -26ºC y -45,5ºC (-15 y -50ºF). En el ejemplo particular descrito, el combustible de reactor "A" puede ser refrigerado hasta -40ºC (-40ºF), aproximadamente, una temperatura superior al punto de vertido del combustible.

El combustible de reactor "A" refrigerado fluye desde el intercambiador de calor 26, a través de la manguera de combustible 40 hasta el depósito de combustible 42 de la aeronave 22. El combustible de reactor "A" refrigerado se alimenta después a los motores 44 de la aeronave 22 a la que sería temperatura normal del combustible. Los aumentos de volumen del combustible debido a su calentamiento normalmente se compensan con creces con el volumen consumido durante el vuelo. La temperatura del combustible solamente puede aumentar unos pocos grados por hora, aunque ello depende de las condiciones ambientales. Al utilizarse como refrigerante el combustible de reactor "B" de tiempo frío, las pérdidas que pueden producirse en el intercambiador de calor 20 o en el 26 no producen mayor preocupación, como ocurriría si se utilizase un refrigerante distinto del combustible de reactor. Aunque el sistema de la Figura 1 utiliza un segundo combustible refrigerado como refrigerante, también puede utilizarse nitrógeno líquido para reducir rápidamente la temperatura elevada o ambiente de los combustibles a temperaturas bajo cero.

Haciendo ahora referencia a la Figura 2, se ilustra un dispositivo 46 que hace uso de nitrógeno líquido para refrigerar el combustible. El dispositivo 46 se representa como un remolque, con lo cual puede desplazarse al lugar deseado en caso necesario, sin embargo, también puede ser estacionario. Este dispositivo 46 puede estar dotado de una bomba o compresor (no representados), tal como el compresor 34 de la Figura 1, para suministrar combustible a un depósito de aluminio 48 de propio dispositivo 46. El nitrógeno líquido se almacena en depósitos o recipientes Dewar 50. El número y tamaño de los recipientes dependerá de la cantidad de combustible que se refrigera. Se ha comprobado que una cantidad de 18.900 l (5.000 galones) de nitrógeno líquido es adecuada para reducir la temperatura de 60.000 l (16.000 galones) de combustible de reactor en 55,5ºC (100ºF).

Dentro de un depósito 48 se dispone un intercambiador de calor criogénico 52. Los materiales del intercambiador de calor 52 son preferiblemente materiales no ferrosos, tales como aluminio o latón. También puede usarse acero inoxidable, aunque los materiales ferrosos tienden a hacerse frágiles a temperatura extremadamente bajas. El intercambiador de calor 52 está comunicado con los depósitos de nitrógeno líquido 50 a través de un conducto aislado de suministro de nitrógeno líquido 54. Una válvula de control 56 regula la introducción del nitrógeno en el interior del intercambiador de calor 52. Para asegurar que se refrigera el combustible y se mantiene a la temperatura deseada deben disponerse sensores de temperatura y adecuados controles (no representados). Para la ventilación hacia la atmósfera del nitrógeno líquido del intercambiador de calor 52 se dispone una válvula de desahogo de presión 58.

El depósito 48 se encuentra rodeado de un aislante 60, tal como espuma EPS, o una cámara de vacío. El depósito 48 está dotado de una válvula de desahogo de presión 62 para permitir la salida a la atmósfera de los vapores del combustible en caso necesario. Una entrada 64 del depósito 48 permite la entrada en el mismo a temperatura ambiente del combustible que debe ser refrigerado. El combustible frío se extrae del depósito 48 a través de una salida 66. El depósito 48 puede estar dotado de la apropiada manguera de suministro, de una bomba, una boquilla, un filtro y un equipo de medida (no representados) acoplados a la salida 66.

Para la utilización del dispositivo 46 de la Figura 2, se bombea dentro del depósito 48, a través de la entrada 64, el combustible a la temperatura ambiente o templado. Cuando se llena el depósito 48, se abre la válvula de control 56 para permitir el flujo del nitrógeno de los depósitos 50 al intercambiador de calor 52 con lo que se refrigera el combustible contenido en el depósito 48. El gas nitrógeno sale del intercambiador de calor 52 y es expulsado a la atmósfera a través de la válvula 58. Cuando el combustible se ha refrigerado hasta la temperatura deseada, se extrae del depósito 48 a través de la salida 66 y es transferido al depósito o depósitos de almacenamiento de combustible del vehículo o aeronave que se reposta. Se comprende que el combustible que se refrigera por medio del dispositivo 46 puede refrigerarse en cargas discretas o puede alimentarse de forma continua a través del depósito 48 de forma que se suministra un flujo continuo de combustible refrigerado. Para asegurar que el combustible que sale del depósito 48 se mantiene a la temperatura deseada deben disponerse los controles apropiados.

Haciendo referencia ahora a la Figura 3, se ilustra una vista en alzado lateral de una unidad portátil de refrigeración ("PRU") 150, que es una unidad autónoma de refrigeración del combustible realizada según la presente invención. Como se ilustra en la Figura 3, la PRU 150 está montada en un remolque. La PRU 150 incluye una cabina a prueba de explosión 152 montada sobre el chasis de un remolque 154. Para la entrada y salida del combustible hacia y desde la PRU 150 se encuentran las respectivas entrada 156 y salida 158. En el conducto de entrada 156 está situada una bomba de combustible 160. En ciertas formas de realización de la presente invención, la bomba de una alimentación de combustible convencional puede proporcionar presión suficiente para hacer fluir el combustible a través de la PRU 150, por lo que la bomba de combustible 160 sólo se requiere para altas condiciones de flujo.

La PRU 150 incluye, además, un intercambiador de calor 162 al que se encuentra conectada la entrada del combustible 156. Un paso de flujo 164 comunica el fluido del intercambiador de calor 162 con una unidad de separación de agua 166, la cual es preferiblemente de un tipo dotado de un filtro de coalescencia 168. En otras formas de realización pueden disponerse otros tipos de separadores de agua en la unidad separadora de agua 166 de la PRU 150, tales como separadores de tipo de gravedad y otros varios tipos. En la unidad de separación de agua preferida 166, se dispone un medio absorbente 168 que se dilata en contacto con la humedad. Cuando el medio absorbente 168 ha absorbido un exceso de humedad, la PRU 150 requiere una intervención de mantenimiento.

Una unidad de potencia 170 proporciona la energía para el funcionamiento de la PRU 150. La unidad de potencia 170 es preferiblemente un motor industrial diesel autónomo, que está configurado para trabajar con el combustible de reactor que refrigera la PRU 150. Para la refrigeración del fluido refrigerante utilizado por la unidad de potencia 170 se dispone un radiador 172. El radiador 172 es del tipo utilizado en los motores diesel convencionales. La unidad de potencia 170 acciona una bomba impulsora hidráulica 174. La bomba impulsora hidráulica 174 está conectada mediante conductos hidráulicos 176 y 278 con un refrigerador de baja temperatura 180. La bomba hidráulica 174 impulsa fluido hidráulico a través de los conductos hidráulicos 176 y 178 para accionar los compresores comprendidos en el refrigerador de baja temperatura 180. Una unidad electrónica de control 182 vigila y controla el funcionamiento de los diversos componentes de la PRU 150. La unidad electrónica de control 182 incluye preferiblemente un controlador programable, tal como un microprocesador del tipo utilizado en los ordenadores personales y en los controladores de procesos. El refrigerador 180 está conectado al intercambiador de calor 162 mediante caminos de flujo 181 y 183.

Haciendo referencia ahora a la Figura 4, se ilustra una representación esquemática de un refrigerador de dos partes que se utiliza preferiblemente para proporcionar el refrigerador de baja temperatura 180 para la PRU 150. El refrigerador 180 incluye una parte alta 184 y una parte baja 186. La parte alta 184 incluye un compresor 188, que es preferiblemente un compresor de tipo husillo el cual está accionado hidráulicamente por la unidad de potencia 170 y la bomba de accionamiento hidráulico 174. El compresor 188 determina que el refrigerante fluya dentro de la sección de parte alta 184. El refrigerante pasa del compresor 188 a un condensador 190. El condensador 190 está refrigerado por aire, existiendo un ventilador que fuerza al paso del aire a través del condensador 190, el aire ambiente constituye el sumidero de calor. El refrigerante pasa por el condensador 190, por un receptor 192 y a continuación por una unidad de filtrado/secado 194. Después el refrigerante pasa desde la unidad de filtrado/secado 194 a través de un primer lado de un intercambiador de líquido/aspiración 196. Una válvula de solenoide 198 controla el paso de refrigerante a través de la parte alta 184. El refrigerante fluirá después a través de la válvula de expansión térmica 200, a través de un distribuidor 202 pasando después a un evaporador/condensador 204. El refrigerante de parte alta pasa a través del lado de evaporación del evaporador/condensador 204, a través de un segundo lado del intercambiador de líquido/aspiración 196 y a un filtro de aspiración 206 en la entrada del compresor de accionamiento hidráulico 188.

La parte baja 186 incluye un compresor de accionamiento hidráulico 208, que es preferiblemente un compresor de tipo husillo. La descarga del compresor 206 se conecta a un desrecalentador de vapor refrigerado por aire 210 que se refrigera preferiblemente por aire forzado mediante un ventilador, de tal manera que también utiliza como sumidero de calor el aire ambiente. El refrigerante pasa después desde el desrecalentador de vapor refrigerado por aire 210 y a través del lado de parte baja del evaporador/condensador 204 para transferir calor desde el refrigerante de parte baja al refrigerante de parte alta. El refrigerante de parte baja pasa después a través de un receptor 212 y filtro desecador 214, y a través de un intercambiador de líquido/aspiración 216. Después del intercambiador de líquido/aspiración 216 se encuentra una válvula de solenoide 218 para el control del flujo de refrigerante a través de la parte baja 186. El refrigerante de parte baja pasa después a través de una válvula de expansión térmica 220, un distribuidor 222 y el primer lado de un evaporador 224. El refrigerante desde el evaporador 224, retorna a través del intercambiador de líquido/aspiración 216 y después a través de un filtro de aspiración 226. El refrigerante de parte baja pasa después desde el filtro de aspiración 226 hacia la entrada del compresor 208.

Un fluido refrigerante pasa preferiblemente a través del segundo lado del evaporador 224. En otras formas de realización, el combustible puede ser refrigerado directamente en el evaporador 224. El calor es transferido desde el fluido refrigerante al refrigerante de segunda parte que pasa a través de la segunda parte 186. Después de pasar a través del evaporador 224, el fluido refrigerante pasa a un depósito de almacenamiento 230. Una bomba 232 está conectada a la salida del depósito de almacenamiento 230. Una válvula unidireccional 236 está conectada en derivación al conducto que se extiende entre el depósito de almacenamiento 230 y la bomba 232. La válvula unidireccional 236 permitirá el paso del fluido refrigerante a la bomba derivada 234 cuando esta bomba 234 sea accionada para que el fluido refrigerante pase a través de ella. La válvula unidireccional 236 permitirá el paso del fluido refrigerante desde la descarga del depósito de almacenamiento 230 a la entrada de la bomba derivada 234 y después a la entrada de fluido refrigerante del evaporador 224.

La PRU 150 puede ser remolcada por un vehículo convencional, o bien pueden montarse sus componentes sobre el bastidor de un camión cisterna convencional, como el que se ilustra en la Figura 5. Cuando la PRU 150 se utiliza conjuntamente con un camión cisterna convencional, la PRU 150 hará uso de las bombas, filtros y unidades separadoras de agua que normalmente se encuentran situados a bordo de tales camiones cisternas. Después del descenso de temperatura, el combustible es sometido a una superfiltración y a una superseparación de agua y es devuelto después al camión donde vuelve a sufrir una filtración y una separación antes de aprovisionar la aeronave.

En la forma de realización preferente del refrigerador de baja temperatura 180 de la PRU 150, se utiliza un refrigerante convencional en lugar del nitrógeno líquido. El refrigerante es preferiblemente HFC-507/R-23. Pueden utilizarse otros tipos de refrigerante tales como el SYLTHERM XLT líquido o el d-LIMONENE. La PRU 150 está dimensionada para procesar de 378,5 l a 3.028 l (100 a 800 galones) por minuto de combustible de reactor líquido, de los grados A y B. Las dimensiones físicas de la PRU 150 son de 5,4 m (18 pies) de largo, por 2,4 m (8 pies) de ancho y 2,4 m (8 pies) de alto. Su peso es de aproximadamente 4.760 kg (10.500 libras). La unidad de potencia 170 desarrolla 120 kW (160 CV). La carga estimada de la PRU 150 a 378.51 (100 galones) por minuto se estima en 2.030 MJ (1,924.230 BTU) por hora. La PRU 150 está controlada por un microprocesador, e incluye la iniciación de un paro a prueba de fallos en caso de que los sensores de condiciones de funcionamiento indicasen cualquier circunstancia de funcionamiento anómalo o falta de seguridad. La PRU 150 se detendría automáticamente bajo una presión del combustible de 4.576 g/cm (65 PSI). La temperatura de paro automático a prueba de fallos es de -48,3ºC (-55ºF) para los refrigerantes y de -36ºC (-33ºF) para los líquidos en proceso. Como líquido refrigerante se utiliza queroseno de un calor específico de 0,50 y un peso específico de 0,777, el cual transfiere el calor entre el refrigerador de baja temperatura 180 y el intercambiador de calor 162. La temperatura de salida del fluido refrigerante es preferiblemente -40ºC (-40ºF). La presión nominal es de 3.515 g/cm (50 PSI), con un régimen nominal de flujo de refrigerante de 757 l (200 galones) por minuto. La gama normal de temperaturas ambientes de funcionamiento de la unidad es de 0ºC a 40,5ºC (32ºF a 105ºF).

Haciendo referencia ahora a la Figura 5, se ilustra una vista en alzado lateral de un camión de suministro de combustible de aeronave 238 que incluye una unidad de refrigeración portátil 240, la cual se encuentra montada en el bastidor del camión. La unidad de refrigeración 240 incluye los componentes de procesamiento de la PRU 150, a excepción de que se encuentra montada en el bastidor del camión 238 en lugar de en un remolque.

En todavía otras formas de realización de la presente invención, para la refrigeración del combustible pueden utilizarse refrigerantes sacrificables diferentes del nitrógeno líquido. Tal como se aplica en la presente memoria, son refrigerantes sacrificables aquellos que se utilizan una sola vez y a continuación se expulsan a la atmósfera en forma de gas. Los refrigerantes sacrificables pueden estar constituidos por nitrógeno líquido, dióxido de carbono, argón o helio líquido. Tales refrigerantes sacrificables pueden utilizarse en las formas de realización descritas en lugar de nitrógeno líquido.

Como puede apreciarse existen varias ventajas que proporciona la presente invención. El combustible refrigerado presenta una densidad mucho más compacta con lo cual puede almacenarse una mayor cantidad de combustible dentro de los depósitos. Esto es particularmente ventajoso para los grandes aviones reactores comerciales, que requieren grandes cantidades de combustible.

La tecnología de los motores alternativos de aeronave no aplica los modernos dispositivos electrónicos de vigilancia para detectar los niveles residuales de combustible no quemado en el escape. El combustible refrigerado puede proporcionar varias ventajas importantes a las aeronaves. Las ventajas para la aeronave de mantener una mezcla más pobre o más rica de combustible/aire son apreciadas por el piloto que efectúa una regulación manual. Mediante un combustible refrigerado de mayor densidad puede disponerse de una energía extra. En estado refrigerado, el propio combustible contiene una energía adicional por unidad de volumen y por consiguiente ofrece una mayor disponibilidad de potencia en el motor para el despegue y en vuelo de crucero por medio de mezclas más ricas o bien puede empobrecerse la mezcla alimentada al motor, proporcionando un quemado del combustible más completo, aumentado la economía, ampliando la autonomía y reduciendo las emisiones.

Los motores de aeronave son más susceptibles de presentar problemas de funcionamiento relacionados con el calor debido al menor flujo de aire de refrigeración durante el funcionamiento en tierra trabajando con menores revoluciones por minuto y son difíciles de arrancar de nuevo después de una parada del motor. El combustible refrigerado reduce la dificultad de arrancar de nuevo en caliente.

Las aplicaciones en las aeronaves se benefician con el uso de un combustible refrigerado, depósitos de combustible aislados y/o sistemas dedicados para crear y/o mantener temperaturas refrigeradas apropiadas del combustible. La naturaleza fría de esos depósitos de combustible se utiliza para obtener un mayor rendimiento en el funcionamiento de la aeronave. El depósito de combustible proporciona una fuente de aire frío. El aire circula por el exterior a través de corredores térmicos o pasos de aire, en contacto con el depósito de combustible o por conductos, hacia el compartimento del motor y/o la zona de los pasajeros que necesiten aire acondicionado. Esta fuente de aire a baja temperatura no necesita la energía derivada de la potencia del motor, con lo que aumenta el rendimiento del mismo.

Aunque se han descrito en detalle unas formas de realización preferidas de la invención, debe entenderse que pueden introducirse en las mismas varios cambios, sustituciones y alteraciones sin apartarse del alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (18)

1. Procedimiento para la carga de combustible en una aeronave (22) provista de un depósito de almacenamiento de combustible (42) a bordo, que comprende las etapas de proporcionar un combustible líquido (8) para repostar la aeronave (22), transferir el combustible (8) a una posición en tierra, y estando el procedimiento caracterizado por las etapas siguientes:

refrigeración del combustible (8) a temperaturas reducidas exteriormente a la aeronave (22) en tierra y hasta una temperatura sustancialmente inferior a la temperatura ambiente de manera que se reduzca el volumen del combustible (8); y

transferencia del combustible (8) a la aeronave (22) mientras el combustible (8) se encuentra a temperatura reducida y almacenamiento del combustible (8) en el depósito de almacenamiento de combustible de a bordo (42) obteniendo de este modo con la temperatura y el volumen reducidos del combustible (8) un incremento del valor energético del combustible (8) por unidad de volumen.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el combustible (8) se refrigera a temperaturas no sustancialmente inferiores a los 0ºC (32 grados F).

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el combustible (8) se refrigera a temperaturas no sustancialmente inferiores a 22,2ºC (40 grados F) por debajo de las temperaturas ambientes.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el combustible (8) se refrigera a temperaturas entre aproximadamente -18ºC y -45ºC (0 grados F y -50 grados F).

5. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el combustible (8) se refrigera a temperaturas por encima del punto de vertido del combustible (8).

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el depósito de almacenamiento de combustible de a bordo (42) está aislado.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la parte de refrigeración del combustible (8) a temperaturas reducidas comprende las etapas siguientes:

provisión de un fluido refrigerante (15) que presenta una temperatura inferior a las temperaturas reducidas;

provisión de un combustible (8) en un recipiente de almacenamiento (12);

provisión de un intercambiador de calor (26);

transferencia de una parte del combustible (8) del recipiente de almacenamiento (12) al intercambiador de calor (26); y

utilización del fluido refrigerante (15) en el intercambiador de calor (26) para refrigerar la cantidad de combustible (8) al pasar la cantidad de combustible (8) a través del intercambiador de calor (26) de tal manera que la cantidad de combustible (8) se enfríe hasta las temperaturas reducidas.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que el fluido refrigerante (15) incluye una segunda cantidad de combustible.

9. Procedimiento según la reivindicación 7 o la reivindicación 8, en el que el intercambiador de calor (26) está montado en una unidad móvil (24) que puede situarse selectivamente próxima al recipiente de almacenamiento (12) y la aeronave (22).

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en el que el fluido refrigerante (15) se refrigera mediante una unidad de refrigeración (16).

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, en el que el fluido refrigerante es un refrigerante sacrificable.

12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, en el que el combustible (8) se refrigera a temperaturas inferiores a aproximadamente -26ºC (-15 grados F).

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, en el que el combustible (8) se refrigera a temperaturas entre aproximadamente -26ºC y -45ºC (-15 grados F y -50 grados F).

14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, en el que el combustible (8) se refrigera a temperaturas por debajo del punto de inflamación del combustible (8).

15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 14, en el que la parte de transferencia del combustible (8) desde el depósito de almacenamiento de a bordo (42) al motor (44) de la aeronave (22) incluye la etapa de paso del combustible (8) al motor (44) mientras se mantiene a temperaturas reducidas.

16. Sistema de suministro de combustible para el suministro de combustible (8) a una aeronave (22), que comprende un depósito de almacenamiento del combustible (12) en tierra, y caracterizado porque comprende:

un conducto de combustible (38) conectado a dicho depósito de almacenamiento (12) para el suministro de combustible (8) a un intercambiador de calor (26) desde el interior de dicho depósito de almacenamiento (12);

dicho intercambiador de calor (26) conectado a dicho conducto de combustible (38) para la recepción y refrigeración del combustible (8) desde dicho depósito de almacenamiento de combustible (12) a temperaturas reducidas, que son inferiores a la temperatura ambiente, en el que el volumen del combustible (8) refrigerado se reduce por debajo del volumen del combustible (8) a las temperaturas atmosféricas; y

un segundo conducto de combustible (40) conectado a dicho intercambiador de calor (26) para el suministro de combustible (8) a la aeronave (22) a las temperaturas reducidas.

17. Sistema de suministro de combustible según la reivindicación 16, y que comprende además:

un refrigerador (180) para comprimir y expandir un fluido refrigerante para la transferencia de calor desde el refrigerante (8) a un sumidero de calor; y

un sistema de circulación de un fluido refrigerante (174) que hace circular un fluido refrigerante entre dicho refrigerador (180) y dicho intercambiador de calor (162) para la transferencia del calor entre ambos e incrementar el valor energético del combustible (8) por unidad de volumen.

18. Sistema de suministro de combustible según la reivindicación 16 o la reivindicación 17, que comprende además una unidad de separación de agua (166) conectada entre dicho intercambiador de calor (162) y dicho segundo conducto de combustible (158) para extraer el agua del combustible (8) a las temperaturas reducidas.