ES2712186T3 - Sistemas, procedimientos y aparatos de inertización de combustible - Google Patents
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Abstract
Un sistema (100) para inertizar combustible, que comprende: un pasaje de entrada de aire (111) configurado para recibir aire de entrada; una pluralidad de módulos de separación de aire (160) configurados para separar el oxígeno del aire de en- trada cuando se recibe; una pluralidad de válvulas de módulos de separación de aire (150) acopladas entre el pasaje de entrada de aire y la pluralidad de módulos de separación de aire, estando asociada cada una de la pluralidad de válvulas de módulos de separación de aire con uno de la pluralidad de módulos de separación de aire de tal manera que la apertura de una de las válvulas de módulos de separación de aire hace pasar al menos una porción del aire de entrada desde el pasaje de entrada de aire al módulo de separación de aire asociado con una de las válvulas de módulos de separación de aire; caracterizado en que el sistema comprende además un controlador (190) acoplado a cada una de la pluralidad de válvulas de módulos de separación de aire, estando configurado el controlador para abrir selectivamente cada una de la pluralidad de válvulas de módulos de separación de aire de manera que cada uno de la pluralidad de módulos de separación de aire reciba un nivel de desgaste sustancialmente igual
Description
DESCRIPCION
Sistemas, procedimientos y aparatos de inertizacion de combustible
La presente solicitud esta relacionada con, y reclama el beneficio de prioridad de la Solicitud No Provisional de los EE.EE numero 14/603.458, titulada SISTEMAS, PROCEDIMIENTOS Y APARATOS DE INERTIZACION DE COM BUSTIBLE, presentada el 23 de enero de 2015.
Campo de la invencion
La invencion se refiere a un sistema de inertizacion de combustible y a un procedimiento para inertizar combustible.
Antecedentes de la invencion
Los sistemas de inertizacion de combustible son ampliamente utilizados en aviones en los que se almacenan grandes cantidades de combustible. A medida que se consume combustible durante un vuelo, el nivel de combustible en el deposito se reduce y el oxfgeno remanente en el deposito es reemplazado por gas inerte no inflamable (por ejemplo, aire enriquecido con nitrogeno) para evitar la combustion. Durante el vuelo, el aire de purga, que es el aire comprimido tomado de la etapa de compresion del motor del avion, pasa a traves de modulos de separacion de aire (por ejemplo, lechos de tamices moleculares) para producir aire enriquecido con nitrogeno. Existe una necesidad continua de utilizar eficientemente los modulos de separacion de aire. El Documento US2005/247197 describe un siste ma de inertizacion de combustible asf como un procedimiento para inertizar el combustible.
Sumario de la invencion
De acuerdo con la presente invencion, un sistema de inertizacion de combustible incluye un pasaje de entrada de aire configurado para recibir aire de entrada, una pluralidad de modulos de separacion de aire configurados para separar el oxfgeno del aire de entrada cuando se recibe, y una pluralidad de valvulas de modulos de separacion de aire acopladas entre el pasaje de entrada de aire y la pluralidad de modulos de separacion de aire. Cada una de la pluralidad de valvulas de modulos de separacion de aire esta asociada con uno de la pluralidad de modulos de sepa racion de aire, de manera que la apertura de una de las valvulas de modulos de separacion de aire hace pasar al menos una porcion del aire de entrada desde el pasaje de entrada de aire al modulo de separacion de aire asociado con la una valvula de modulo de separacion de aire. Un controlador abre de forma selectiva cada una de la plurali dad de valvulas de modulos de separacion de aire, de manera que cada uno de la pluralidad de modulos de separa cion de aire recibe un nivel de desgaste sustancialmente igual. De acuerdo con otro aspecto de la presente inven cion, un procedimiento para inertizar combustible comprende las etapas de: determinar un nivel de desgaste para cada uno de una pluralidad de modulos de separacion de aire configurados para producir aire enriquecido con nitrogeno; abrir selectivamente cada una de una pluralidad de valvulas de modulos de separacion de aire de tal manera que cada uno de la pluralidad de modulos de separacion de aire tenga un nivel de desgaste similar; y dirigir el aire enriquecido con nitrogeno producido por la pluralidad de modulos de separacion de aire a un deposito de almacenamiento de combustible.
Breve descripcion de los dibujos
La invencion se entiende mejor por medio de la descripcion detallada que sigue cuando se lee en relacion con los dibujos que se acompanan, teniendo los elementos similares los mismos numeros de referencia. Cuando hay pre sente una pluralidad de elementos similares, se puede asignar un numero de referencia unico a la pluralidad de elementos similares con una designacion de letra minuscula que se refiere a elementos espedficos. Cuando se hace referencia a los elementos colectivamente o a uno o mas de los elementos no espedficos, la designacion de letras minusculas puede ser eliminada. En los dibujos se incluyen las siguientes figuras:
la figura 1 es un diagrama esquematico de un sistema de inertizacion de combustible de acuerdo con la invencion;
la figura 2a es una vista frontal de una implementacion de un sistema de inertizacion de combustible de acuerdo con la invencion;
la figura 2b es una vista trasera de una implementacion de un sistema de inertizacion de combustible de acuerdo con la invencion; y
la figura 3 es un diagrama de flujo que representa un procedimiento para inertizar un combustible de acuer do con la invencion.
Descripcion detallada de la invencion
La figura 1 representa un sistema ejemplar 100 para inertizar combustible de acuerdo con la invencion. Como des cripcion general, el sistema 100 puede incluir un intercambiador de calor 110, valvulas de aislamiento 120 y 130, un
filtro 135, un convertidor catalftico de ozono 140, una pluralidad de valvulas de modulos de separacion de aire ("valvulas de ASM") 150, una pluralidad de modulos de separacion de aire ("ASM") 160, un sensor de oxfgeno 170, una valvula de aire enriquecido con nitrogeno 180 y un controlador 190.
El intercambiador de calor 110 esta configurado para regular la temperature y / o la presion del aire de entrada para lograr una temperature y / o presion del aire de entrada que permita la separacion eficiente del aire de entrada por los ASM 160. El aire de entrada puede ser aire de purga obtenido de la etapa de compresion de un motor de avion. El aire de entrada es introducido en el intercambiador de calor 110 a traves de un pasaje de entrada de aire 111. El intercambiador de calor 110 puede ser uno de carcasa y tubo, un tubo doble, un intercambiador de calor de placas u otro tipo de intercambiador de calor que cumpla con los aspectos practicos del sistema 100. En una realizacion, el intercambiador de calor 110 reduce la temperatura del aire de entrada de un rango de aproximadamente 260°C a 537,7°C en el pasaje de entrada de aire 111, a un rango de aproximadamente 70°C a aproximadamente 93,3°C medido en un pasaje de salida de aire 112 del intercambiador de calor 110. El enfriador del intercambiador de calor 110 puede ser aire u otro fluido utilizado tipicamente para enfriar.
Aunque la descripcion en la presente memoria descriptiva esta enfocada principalmente a realizaciones en las que el aire de entrada es aire de purga obtenido de la etapa de compresion del motor de un avion, se contempla que se pueden usar otras fuentes de aire, tales como el aire ambiente. Como se usa en la presente memoria descriptiva, el termino "aire de entrada" esta destinado a cubrir estas otras fuentes de aire. Las tecnicas adecuadas para regular estas otras fuentes de aire seran entendidas por un experto en la tecnica a partir de la descripcion en la presente memoria descriptiva. Por ejemplo, cuando el aire de entrada es aire ambiente, el aire ambiente puede ser presurizado y / o calentado, por ejemplo, por un compresor y / o un intercambiador de calor, para lograr una presion y / o temperatura que permita una separacion eficiente del aire por una pluralidad de ASM 160.
Se puede usar una primera valvula de aislamiento 120 para proteger los componentes aguas abajo contra una tem peratura y / o presion excesiva y / o inadecuada. Se pueden utilizar un conmutador de temperatura 115 y un conmutador de presion 116 para controlar la primera valvula de aislamiento 120 en funcion de la temperatura y / o la pre sion del aire de entrada aguas arriba de la primera valvula de aislamiento 120. Si la temperatura y la presion del aire de entrada son adecuadas, entonces la valvula 120 se abre. Si la temperatura y / o la presion no son adecuadas (por ejemplo, pueden danar los componentes del sistema 100), la valvula 120 se puede usar para restringir (por ejemplo, reducir o detener) el flujo de aire de entrada.
El sistema 100 tambien puede incluir una segunda valvula de aislamiento 130 controlada por el controlador 190. La valvula 130 tambien puede proteger el sistema 100 contra el aire de entrada que tenga una temperatura y / o presion que no sea adecuada para el sistema 100. Para determinar la temperatura y presion, un primer sensor de tempera tura 125 y un primer sensor de presion 126 pueden estar situados aguas arriba de la valvula 130. El controlador 190 puede controlar entonces la valvula 130 en funcion de la temperatura y / o de la presion determinada por el sensor de temperatura 125 y / o por el sensor de presion 126 para evitar que la presion y / o la temperatura excesiva y / o no adecuada dane los componentes aguas abajo.
Se puede emplear un filtro 135 para reducir la cantidad de partfculas y / o la cantidad de moleculas de agua en el aire de entrada. Por ejemplo, un filtro que tenga un tamano de poro de 0,1 micrometres puede ser utilizado para eliminar partfculas que tengan un tamano superior a 0,1 micrometres, que podnan danar los ASM 160. Un procedimiento para determinar cuando reemplazar el filtro 135 es calcular la cafda de presion a traves del filtro 135. De acuerdo con este procedimiento, el controlador 190 puede utilizar el primer sensor de presion 126 y un segundo sensor de presion 146 para determinar la cafda de presion a traves del filtro 135. El controlador 190 puede comparar la cafda de presion con un valor umbral, por ejemplo, dos (2) a cuatro (4) veces su valor nominal, para determinar si el filtro 135 necesita ser purgado y / o reemplazado.
Se puede usar una valvula de drenaje 137 para extraer con sifon sustancias indeseables, subproductos y / o materiales del aire de entrada, a una corriente de desecho 138. Por ejemplo, las partfculas del aire de entrada eliminadas por el filtro 135 se pueden purgar y eliminar a traves de la corriente de desecho 138 por medio de la valvula de dre naje 137. Para facilitar la eliminacion, la corriente de desecho 138 puede estar bajo presion de vacfo o las sustan cias, subproductos y / o materiales indeseables pueden ser presurizados desde aguas arriba.
Se puede incorporar un convertidor catalftico de ozono 140 en el sistema 100 para proteger los componentes que puedan ser danados por las moleculas de ozono.
El sistema ilustrado incluye un primer ASM 160a, un segundo ASM 160b y un tercer ASM 160c. Cada ASM 160 esta configurado para separar el oxfgeno de una porcion del aire de entrada recibido para producir aire enriquecido con nitrogeno. Tal como se usa en la presente memoria descriptiva, se usa una porcion del aire de entrada para referirse a parte (por ejemplo, veinticinco por ciento, un tercio, la mitad, dos tercios, etc.) o todo el aire de entrada recibido por cada uno de la pluralidad de ASM 160. La pluralidad de ASM 160 puede comprender membranas y / o fibras construidas a partir de polfmeros, ceramicas u otros materiales selectivamente porosos. Alternativamente, los procedimientos para ionizar moleculas de aire o utilizar procesos qrnmicos pueden implementarse en el sistema 100 para
producir flujos de aire enriquecidos con nitrogeno 163 y / o flujos de aire empobrecidos de ox^geno. En una realiza cion, los ASM 160 son lechos de tamices moleculares. Un experto en la tecnica entendera los ASM adecuados 160 a partir de la descripcion en la presente memoria descriptiva.
El sistema ilustrado 100 incluye una primera valvula de ASM 150a, una segunda valvula de ASM 150b y una tercera valvula de ASM 150c. Cada valvula de ASM 150 esta asociada con uno de los ASM 160. Por ejemplo, la valvula de ASM 150a esta asociada con el ASM 160a, la valvula de ASM 150b esta asociada con el ASM 160b y la valvula de ASM 150c esta asociada con el ASM 160c. Las valvulas de ASM 150, bajo el control del controlador 190, regulan la porcion del aire de entrada dirigido a cada uno de los ASM 160. Aunque se representan tres valvulas de ASM 150 y ASM 160 asociados, se pueden emplear menos o mas valvulas de ASM 150 y / o ASM 160.
Cada ASM 160 ilustrado tiene una salida de aire enriquecido con nitrogeno 161 y una salida de aire empobrecido de nitrogeno 162. Cuando un ASM 160 esta activo (por ejemplo, tiene aire de entrada que fluye a traves del mismo), se produce un vapor de aire enriquecido con nitrogeno 163 que puede ser dirigido al interior de un deposito de almacenamiento de combustible 185, asf como una corriente de aire empobrecido de nitrogeno que se puede eliminar por medio de la corriente de desechos 138.
Se puede usar un sensor de oxfgeno 170 para probar la corriente de aire 163 enriquecido con nitrogeno, que incluye una combinacion de las corrientes de aire 161a, 161b y / o 161c enriquecido con nitrogeno. El sensor de oxfgeno 170 detecta la cantidad de oxfgeno en la corriente de aire enriquecido con nitrogeno 163. Alternativamente (o adicionalmente), se puede emplear un sensor de nitrogeno para detectar la cantidad de nitrogeno en la corriente de aire enriquecido con nitrogeno 163.
El sensor de oxfgeno 170 puede contener un segundo sensor de temperatura 175 y / o un tercer sensor de presion 176. Un procedimiento para determinar cuando reemplazar cada uno de la pluralidad de ASM 160 es calcular la cafda de presion en cada ASM 160. Por ejemplo, los sensores de presion 146 y 176 pueden ser utilizados por el controlador 190 para determinar la cafda de presion a traves de los ASM 160a, 160b y / o 160c. Cuando la cafda de presion excede un umbral predefinido, por ejemplo, de dos (2) a cuatro (4) veces su valor nominal, el controlador 190 puede identificar los a Sm 160 para su reemplazo y producir una senal que indique que los ASM 160 deben ser reemplazados.
Se puede usar una valvula de aire enriquecido con nitrogeno 180 para regular el flujo de la corriente de aire enrique cido con nitrogeno 163 a un deposito de almacenamiento de combustible 185. En una realizacion, la valvula de aire enriquecido con nitrogeno 180 esta disenada para evitar que el vapor de aire enriquecido con nitrogeno 163 fluya hacia el deposito de almacenamiento de combustible 185, por ejemplo, si la concentracion de oxfgeno en la corriente de aire enriquecido con nitrogeno 163 es demasiado grande. En otra realizacion, la valvula de aire enriquecido con nitrogeno 180 previene o restringe la corriente de aire enriquecido con nitrogeno 163 si la temperatura y / o la presion no son adecuadas.
El sistema 100 contiene un controlador 190 acoplado a los componentes del sistema 100. El controlador 190 puede estar configurado para detectar datos de los sensores de temperatura y / o de presion 115, 116, 125, 126, 146, 175 y / o 176, controlar las valvulas 130, 137, 150 y / o 180, y determinar cuando deben reemplazarse los ASM 160. El controlador 190 puede ser un microprocesador que recibe datos de varios componentes y / o sensores del sistema 100 y controla las valvulas en base a los datos detectados. Ademas, el controlador 190 puede estar configurado para llevar a cabo una o mas de las otras funciones que se describen en la presente memoria descriptiva. El contro lador 190 se puede conectar a una caja de conexiones 192 para la comodidad de instalar y utilizar el sistema 100. En una realizacion, el controlador 190 ejecuta pruebas de rendimiento en los componentes del dispositivo. Estas pruebas de rendimiento incluyen conectividad, exactitud, precision y otras pruebas relevantes para el componente respectivo. Los controladores 190 adecuados para uso con el sistema 100 seran comprendidos por un experto en la tecnica a partir de la descripcion en la presente memoria descriptiva.
El controlador 190 esta acoplado al dispositivo de memoria 191. El controlador 190 esta configurado para escribir informacion y recibir informacion del dispositivo de memoria 191. Las instrucciones para configurar el controlador 190 para realizar una o mas de las funciones que se describen en la presente memoria descriptiva pueden ser almacenadas en el dispositivo de memoria 191. Ademas, el controlador 190 puede almacenar en el dispositivo de memo ria 191 uno o mas parametros necesarios para implementar las funciones que se describen en la presente memoria descriptiva. El dispositivo de memoria 191 puede incluir uno o mas componentes del dispositivo de memoria que incluyen memoria no volatil y / o volatil. Un experto en la tecnica entendera los dispositivos de memoria adecuados 191 a partir de la descripcion en la presente memoria descriptiva. Aunque se ilustra como un componente separado, el dispositivo de memoria 191 (o una porcion del mismo) puede estar integrado en el controlador 190.
El controlador 190 puede estar configurado para ejecutar algoritmos de nivelacion de desgaste. Los algoritmos de nivelacion de desgaste aumentan la eficiencia del sistema 100 al mejorar la utilizacion y el reemplazo de la plurali dad de ASM 160. Los algoritmos de nivelacion de desgaste permiten al controlador 190 regular el nivel de desgaste (que tambien se describe en la presente memoria descriptiva como "nivelacion de desgaste") recibido por cada ASM
160. El nivel de desgaste recibido por un ASM 160 es indicativo de la cantidad de degradacion del ASM 160 y / o proporciona una indicacion del momento en el que sera necesario reemplazar el ASM 160. Los algoritmos de nivela cion de desgaste permiten al controlador 190 regular los ASM 160 activando selectivamente cada ASM 160a, 160b y / o 160c en funcion del nivel de desgaste de cada uno de los ASM 160a, 160b y / o 160c, de manera que la pluralidad de los ASM 160 reciban un nivel de desgaste sustancialmente igual. Por lo tanto, en un ejemplo, la utilizacion de los algoritmos de nivelacion de desgaste en el sistema 100 permite un desgaste uniforme en los ASM 160, de mane ra que el reemplazo de los ASM 160 se puede realizar al mismo tiempo. Esto disminuye el costo de mantenimiento y aumenta la cantidad de tiempo que el sistema 100 esta en funcionamiento.
Un controlador 190 que implementa los algoritmos de nivelacion de desgaste puede determinar el nivel de desgaste de cada ASM 160 de acuerdo con la cantidad de tiempo que cada ASM 160 este activo, la intensidad de la porcion de aire de entrada recibida por cada ASM 160 y / o la cafda de presion. a traves de cada ASM 160. La cantidad de tiempo activo para cada ASM 160 puede ser determinada por los algoritmos de nivelacion de desgaste basados en los datos relativos a la cantidad de tiempo que la valvula 150 de ASM asociada ha estado abierta. Los algoritmos de nivelacion de desgaste pueden determinar la intensidad de la porcion de aire de entrada recibido por el ASM 160 en funcion de los datos relativos a la presion del aire de entrada recibido por el ASM 160 y / o la velocidad de flujo del aire de entrada a traves del ASM 160 tal como fue detectado. por los sensores de presion 146 y / o 176 y / o un sensor de caudal 149. Los algoritmos de nivelacion de desgaste tambien pueden emplear datos relativos a la cafda de presion en cada ASM 160. En funcion de los datos recibidos, los algoritmos de nivelacion de desgaste permiten al controlador 190 determinar el nivel de desgaste de cada ASM 160 y, posteriormente, enviar senales para activar el ASM 160 que tenga el menor nivel de desgaste. En el sistema ilustrado 100, el controlador 190 abre la valvula de ASM 150 asociada con el ASM 160 que tiene el menor nivel de desgaste. El controlador 190 determinara de forma periodica o continua el nivel de desgaste de cada ASM 160 utilizando los algoritmos de nivelacion de desgaste. La frecuencia a la que el controlador 190 determina el nivel de desgaste puede depender del plan de vuelo y / o del regimen de vuelo, por ejemplo, el controlador 190 puede utilizar los algoritmos de nivelacion de desgaste con mayor frecuencia mientras el avion esta en estado de crucero. Por ejemplo, mientras el avion esta ascendiendo, tfpicamente todos los ASM 160 estan activos; por lo tanto, es posible que el controlador 190 no necesite utilizar los algoritmos de nivelacion de desgaste para determinar que ASM 160 activar o desactivar.
A modo de ejemplo, el controlador 190 puede utilizar los algoritmos de nivelacion de desgaste para identificar el ASM 160 con el menor nivel de desgaste y activar los ASM 160, de acuerdo con lo que sea necesario, en funcion del nivel de desgaste. Por ejemplo, si el primer ASM 160a tiene el menor nivel de desgaste, el controlador 190 enviara senales para abrir la primera valvula 150a del ASM para activar el primer ASM 160a cuando se necesite un ASM 160. Si se requiere mas aire enriquecido con nitrogeno desde el sistema 100, el controlador 190 identificara el ASM 160b o 160c con el siguiente mmimo nivel de desgaste. Si el segundo ASM 160b tiene el siguiente mmimo nivel de desgaste, entonces el controlador 190 puede enviar senales para abrir la segunda valvula 150b del ASM para activar el segundo ASM 160b. El controlador 190 puede sustituir un ASM 160 por otro para mantener un nivel de desgaste sustancialmente igual entre los ASM 160. Por ejemplo, si despues de un tiempo predeterminado el controlador 190 utiliza los algoritmos de nivelacion de desgaste y determina que el tercer ASM 160c ahora tiene el menor nivel de desgaste, el controlador 190 puede enviar senales para cerrar la valvula de ASM 150 asociada con el ASM 160 que tiene el mayor nivel de desgaste para desactivar el ASM 160 con el mayor nivel de desgaste y abrir la tercera valvula de ASM 150c para activar el tercer ASM 160c. En este ejemplo, el controlador 190 determina periodicamente el nivel de desgaste usando algoritmos de nivelacion de desgaste. Este proceso ilustrativo se repite para lograr un desgaste sustancialmente igual entre la pluralidad de ASM 160. Un nivel de desgaste sustancialmente igual se define en la presente memoria descriptiva como una diferencia en el nivel de desgaste entre los ASM 160 que no exceda el diez (10) por ciento.
La figura 2a y la figura 2b ilustran una implementacion del sistema de inertizacion de combustible 100 de acuerdo con la invencion. Esta implementacion es particularmente adecuada para aviones grandes, comerciales o militares, incluidos aviones de pasajeros y aviones de carga, que contienen espacios vacantes adecuados para esta imple mentacion del sistema 100. Las implementaciones adecuadas configuradas para que quepan en aviones mas pequenos, tales como aviones de combate militares, seran entendidas por un experto en la tecnica a partir de la descripcion en la presente memoria descriptiva. El sistema de inertizacion de combustible 100 esta fijado a una placa de montaje 200. La figura 2a ilustra un primer lado 210 de la placa de montaje 200 y la figura 2b ilustra un segundo lado 220 de la placa de montaje 200.
Un intercambiador de calor 110 esta montado en el primer lado 210 de la placa de montaje 200. El intercambiador de calor 110 esta conectado por un tubo a una primera valvula de aislamiento 120. Ademas, un conmutador de temperatura 115 detecta el aire de entrada aguas arriba de la valvula de aislamiento 120 y controla la valvula 120 enviando una senal por medio de un cable a la valvula 120. Ademas, e independientemente, en el primer lado 210 de la placa de montaje 200, un conmutador de presion 116 detecta el aire de entrada aguas arriba de la valvula de aislamiento 120 y controla la valvula 120 al enviar una senal por medio de un cable a la valvula 120.
La primera valvula de aislamiento 120 esta conectada a una segunda valvula de aislamiento 130 por medio de un tubo situado en el primer lado 210 de la placa de montaje 200. La segunda valvula de aislamiento 130 esta controlada por un controlador 190, que puede enviar senales a la valvula 130 directamente a traves de cables y / o a traves de una caja de conexiones intermedia 192. El controlador 190 recibe datos relativos a la temperatura y presion del aire de entrada aguas arriba de la valvula 130 de un sensor de temperatura 125 y un sensor de presion 126, situado en el primer lado 210 de la placa de montaje 200.
Ademas, en el primer lado 210 de la placa de montaje 200, un filtro 135 esta conectado a la segunda valvula de aislamiento 130 por medio de un tubo. El filtro 135 esta conectado ademas por tubenas a un convertidor catalftico de ozono 140, situado en el primer lado 210 de la placa de montaje 200, y a una valvula de drenaje 137, situada en el segundo lado 220 de la placa de montaje 200. Cuando la valvula de drenaje 137 esta cerrada, el aire de entrada pasa a traves del filtro 135 al convertidor catalftico de ozono 140. Cuando la valvula de drenaje 137 se abre, el agua y / o las partfculas se purgan del filtro 135 y se eliminan a traves de una tubena que contiene la corriente de desecho 138.
Un convertidor catalftico de ozono 140 se coloca en el primer lado 210 de la placa de montaje 200 para eliminar el ozono del aire de entrada. El convertidor catalftico de ozono 140 esta conectado por una tubena a la pluralidad de valvulas de ASM 150. Un segundo sensor de presion 146, situado en el primer lado 210 de la placa de montaje 200, detecta la presion del aire de entrada que se desplaza desde el convertidor catalftico 140 a la pluralidad de valvulas de ASM 150. El sensor de presion 146 envfa datos con respecto a la presion del aire de entrada a traves de los cables al controlador 190.
Una primera valvula de ASM 150a, una segunda valvula de ASM 150b y una tercera valvula de ASM 150c se posicionan en el primer lado 210 de la placa de montaje 200. El controlador 190 puede abrir cada valvula de ASM 150, por ejemplo, enviando senales a traves de cables a cada una de las valvulas de ASM 150.
Un primer ASM 160a, un segundo ASM 160b y un tercer ASM 160c estan montados en el segundo lado 220 de la placa de montaje 200 (figura 2b). El controlador 190 puede activar un ASM 160 enviando una senal para abrir la valvula de ASM 150 asociada.
Una valvula de aire enriquecido con nitrogeno 180 esta situada en el primer lado 210 de la placa de montaje 200. La valvula de aire enriquecido con nitrogeno 180 puede restringir o evitar que el aire enriquecido con nitrogeno recibido de al menos uno de los ASM 160, a traves de una red de tubenas, fluya al deposito de almacenamiento de combus tible 185. Se puede montar un sensor de oxfgeno 170 en el primer lado 210 de la placa de montaje 200 para detectar el flujo de aire a traves de la corriente de aire enriquecido con nitrogeno 163 a la valvula de aire enriquecido con nitrogeno 180. Aunque no se ve en la figura 2a, el sensor de oxfgeno 170 puede contener un sensor de temperatura 175 y / o un sensor de presion 176. El sensor de oxfgeno 170 envfa senales al controlador 190 con respecto al aire enriquecido con nitrogeno en la corriente 163. El controlador 190 puede controlar entonces la valvula de aire enri quecido con nitrogeno 180 para regular la cantidad de aire enriquecido con nitrogeno que fluye hacia el deposito de almacenamiento de combustible 185.
El controlador 190 esta montado en el segundo lado 220 de la placa de montaje 200 (figura 2b). La caja de conexio nes 192 tambien esta montada en el segundo lado 220 de la placa de montaje 200.
La figura 3 ilustra un procedimiento ejemplar 300 para inertizar combustible. El procedimiento 300 se describe con referencia al sistema de inertizacion de combustible 100 para facilitar la descripcion. Un experto en la tecnica entendera otros sistemas de inertizacion de combustible adecuados a partir de la descripcion en la presente memoria descriptiva.
En la etapa 310, el aire de entrada es dirigido a la pluralidad de valvulas de ASM 150. El aire de entrada puede ser aire de purga de la etapa de compresion del motor de un avion. El aire de entrada se puede regular antes de alcanzar la pluralidad de valvulas de ASM 150. El aire de entrada se puede regular, por ejemplo, para cambiar la tempera tura y / o la presion por medio de un intercambiador de calor 110, para eliminar partfculas y / o humedad mediante un filtro 135, y / o para eliminar el ozono mediante un convertidor catalftico de ozono 140. Las valvulas de aislamien to 120 y / o 130 pueden ser utilizadas para regular el flujo de aire de entrada aguas abajo, por ejemplo, para proteger los componentes del sistema 100 que pueden ser danado por el flujo de aire de entrada sin restricciones.
En la etapa 320, se determina el nivel de desgaste para cada uno de los ASM 160. El controlador 190 puede determinar el nivel de desgaste para cada ASM 160 recuperando un nivel de desgaste para cada ASM 160 de la memo ria. El nivel de desgaste se puede basar en la cantidad de tiempo que cada uno de los ASM 160 ha estado activo. La cantidad de tiempo que cada ASM 160 ha estado activo (o la valvula de ASM 150 asociada ha estado abierta) puede ser almacenada en el dispositivo de memoria 191 para su recuperacion por el controlador 190. Opcionalmente, la intensidad (por ejemplo, la presion) de las porciones de aire de entrada que recibe cada ASM 160 y / o la cafda de presion a traves de cada a Sm 160 tambien pueden ser consideradas. La intensidad se puede considerar aplicando un factor de peso a porciones de la cantidad de tiempo que un ASM 160 ha estado activo. Por ejemplo, si una por cion de aire de entrada recibida por un ASM 160 tema una intensidad relativamente alta, esa porcion de aire de entrada puede ser ponderada por un factor de peso multiplicador (por ejemplo, 1,3). Por otro lado, si una porcion de
aire de entrada recibida por un ASM 160 tema una intensidad relativamente baja, esa porcion de aire de entrada puede ser ponderada por otro factor de peso (por ejemplo, 0,8). La cantidad ponderada de tiempo activo es denominada en la presente memoria descriptiva como un uso efectivo. La intensidad de las porciones de aire de entrada recibidas por el ASM 160 puede estar basada en los datos recibidos de un sensor de caudal 149.
En la etapa 330, se determina la cafda de presion a traves de los ASM 160. La cafda de presion se puede determinar para uno o mas ASM 160, por ejemplo, cuando el controlador 190 determina el nivel de desgaste de un ASM 160, periodicamente (por ejemplo, cada 15, 35, 50 minutos, etc.) o cada vez en la que se produce un cambio en los ASM activos 160. El controlador 190 puede determinar la cafda de presion a traves de los ASM 160 procesando los datos recibidos desde un sensor de presion 146 situado aguas arriba de la pluralidad de ASM 160 y desde un sensor de presion 176 situado aguas abajo de la pluralidad de ASM 160. La colocacion de los sensores de presion puede permitir al controlador 190 determinar la cafda de presion a traves de cada ASM 160. En una realizacion, el contro lador 190 compara la cafda de presion a traves de los ASM 160 con un valor umbral para determinar si los ASM 160 necesitan ser reemplazados. El controlador 190 puede determinar la cafda de presion para los ASM 160 que estan actualmente activos. Si solo un ASM 160 esta activo, la cafda de presion a traves de ese ASM 160 se puede comparar con un valor umbral de cafda de presion de ASM 160 para un solo ASM 160. Si dos ASM 160 estan activos, la cafda de presion en los dos ASM activos 160 se puede comparar con un valor umbral de cafda de presion de ASM 160 para dos ASM 160, por ejemplo, el doble del valor umbral de cafda de presion para un ASM unico 160. Si hay tres ASM 160 activos, la cafda de presion en los tres ASM activos 160 se puede comparar con un valor umbral de cafda de presion de ASM 160 para tres ASM 160, por ejemplo, el triple del valor umbral de cafda de presion para un solo ASM 160.
En la etapa 340, las valvulas de ASM 150 son abiertas selectivamente por el controlador 190. El controlador 190 puede abrir selectivamente las valvulas de ASM 150 usando un algoritmo de nivelacion de desgaste aplicado al nivel de desgaste asociado con cada ASM 160. El nivel de desgaste puede estar basado solamente en la cantidad de tiempo que cada ASM 160 esta activo o puede estar basado adicionalmente en otros factores, tales como la intensi dad del aire recibido por un ASM 160 y / o una lectura reciente de cafda de presion a traves de un ASM 160. Las valvulas de ASM 150 pueden abrirse y / o cerrarse para activar y / o desactivar selectivamente el ASM 160 espedfico cuando se necesita otro ASM 160 o si ya no es necesario un ASM 160 activo. Ademas, las valvulas de ASM 150 pueden abrirse y / o cerrarse para sustituir un ASM 160 por otro si un ASM 160 en particular ha estado activo duran te un penodo de tiempo relativamente largo (por ejemplo, una hora). A modo de ejemplo, cuando se necesita aire enriquecido con nitrogeno, el controlador 190 puede determinar el ASM 160 que tiene el menor nivel de desgaste y abrir selectivamente la valvula de ASM 150 asociada con el ASM 160 que tiene el menor nivel de desgaste para pasar el aire de entrada a ese ASM 160 (es decir, activando ese ASM 160).
En una realizacion, la etapa 340 se realiza durante los regfmenes de vuelo predefinidos (por ejemplo, durante el crucero) en los que se requieren menos de todos los ASM 160 (por ejemplo, solo un ASM 160) para proporcionar y mantener la inertizacion del deposito de almacenamiento de combustible del avion 185 Cuando se requieren todos los ASM 160 (por ejemplo, durante el desplazamiento en pista, el despegue y el aterrizaje), la nivelacion de desgaste puede suspenderse hasta que se requieran menos de todos los ASM 160, ya que el desgaste sera uniforme.
En la etapa 345, se registra el tiempo activo de cada ASM 160. El controlador 190 puede registrar en el dispositivo de memoria 191 el tiempo activo de un ASM 160 cuando se desactiva (por ejemplo, cuando su valvula de a Sm 150 asociada esta desconectada). Opcionalmente, el controlador 190 puede registrar adicionalmente el nivel de intensi dad del flujo de aire durante el tiempo en que el ASM 160 estaba activo.
En una realizacion, el controlador 190 repite los pasos 320, 330, 340 y 345, hasta que la necesidad de aire enrique cido con nitrogeno haya cesado. El controlador 190 puede repetir tales pasos periodicamente (por ejemplo, cada pocos minutos, horas, etc.) o sustancialmente de manera continua. Se contempla que la etapa 330 se pueda realizar con independencia de las etapas 320, 340 y 345 y / o a una velocidad diferente.
En la etapa 350, el aire enriquecido con nitrogeno es dirigido al deposito de almacenamiento de combustible 185, por ejemplo, para reemplazar el volumen de combustible gastado para reducir el riesgo de combustion en el deposito de almacenamiento de combustible 185. Un sensor de oxfgeno 170, que contiene un tercer sensor de presion 176 y / o un segundo sensor de temperatura 175, pueden emplearse para detectar el aire enriquecido con nitrogeno producido por los ASM 160. El sensor de oxfgeno 170 comunica datos al controlador 190 con respecto al aire enri quecido con nitrogeno detectado. Una valvula de aire enriquecido con nitrogeno 180 puede emplearse aguas abajo del sensor de oxfgeno 170. De acuerdo con los datos recibidos del sensor de oxfgeno 170, el controlador 190 puede controlar la valvula de aire enriquecido con nitrogeno 180 para regular el flujo de aire enriquecido con nitrogeno al deposito de almacenamiento de combustible 185.
En la etapa 355, el controlador 190 determina si se deben reemplazar los ASM 160. En un ejemplo, el controlador 190 determina si los ASM 160 se deben reemplazar en base a una comparacion de su nivel de desgaste (por ejem plo, como se ha determinado mas arriba en la etapa 320) con un valor umbral. Por ejemplo, el controlador 190 pue de determinar que los ASM 160 se deben reemplazar cuando el nivel de desgaste de cualquier ASM 160 exceda las
100 horas de uso efectivo. Como se ha descrito mas arriba, el nivel de desgaste puede ser una cantidad real de tiempo modificado por la intensidad y / o la cafda de presion. En otro ejemplo, el controlador 190 determina si los ASM 160 se deben reemplazar en base a una comparacion de la cafda de presion a traves de los ASM activos 160 (por ejemplo, como se determino mas arriba en la etapa 320) a un valor umbral. Por ejemplo, el controlador 190 puede determinar que los ASM 160 se deben reemplazar cuando la cafda de presion de cualquiera de los ASM 160 (o cualquier grupo de ASM 160) exceda una especificacion del fabricante.
En la etapa 360, el controlador 190 proporciona una indicacion de que los ASM 160 se deben reemplazar de acuerdo con la determinacion realizada en la etapa 355. Por ejemplo, el controlador 190 puede generar una senal que ilumina un indicador en la cabina de un avion.
Aunque la invencion se ilustra y se describe en la presente memoria descriptiva con referencia a realizaciones especfficas, la invencion no pretende limitarse a los detalles mostrados. Por el contrario, se pueden hacer varias modificaciones en los detalles dentro del alcance y rango de equivalentes de las reivindicaciones y sin apartarse de la invencion.
Claims (12)
1. Un sistema (100) para inertizar combustible, que comprende:
un pasaje de entrada de aire (111) configurado para recibir aire de entrada;
una pluralidad de modulos de separacion de aire (160) configurados para separar el oxfgeno del aire de entrada cuando se recibe;
una pluralidad de valvulas de modulos de separacion de aire (150) acopladas entre el pasaje de entrada de aire y la pluralidad de modulos de separacion de aire, estando asociada cada una de la pluralidad de valvu las de modulos de separacion de aire con uno de la pluralidad de modulos de separacion de aire de tal manera que la apertura de una de las valvulas de modulos de separacion de aire hace pasar al menos una porcion del aire de entrada desde el pasaje de entrada de aire al modulo de separacion de aire asociado con una de las valvulas de modulos de separacion de aire; caracterizado en que el sistema comprende ademas
un controlador (190) acoplado a cada una de la pluralidad de valvulas de modulos de separacion de aire, estando configurado el controlador para abrir selectivamente cada una de la pluralidad de valvulas de modulos de separacion de aire de manera que cada uno de la pluralidad de modulos de separacion de aire reciba un nivel de desgaste sustancialmente igual.
2. El sistema de la reivindicacion 1, en el que el controlador esta configurado ademas para determinar el nivel de desgaste para cada uno de la pluralidad de modulos de separacion de aire.
3. El sistema de la reivindicacion 1, que comprende ademas un primer sensor de presion (126) configurado para detectar la presion aguas arriba de la pluralidad de modulos de separacion de aire y un segundo sensor de pre sion (146) configurado para detectar la presion aguas abajo de la pluralidad de modulos de separacion de aire; y en el que el controlador esta acoplado al primer sensor de presion y al segundo sensor de presion y esta confi gurado ademas para detectar una cafda de presion en al menos uno de la pluralidad de modulos de separacion de aire en base a una diferencia entre la presion detectada en el primer sensor de presion y la presion detectada en el segundo sensor de presion.
4. El sistema de la reivindicacion 3, en el que el controlador esta configurado ademas para determinar que uno o mas de la pluralidad de modulos de separacion de aire necesitan ser reemplazados cuando la cafda de presion excede un valor umbral de reemplazo.
5. El sistema de la reivindicacion 2, en el que el controlador esta configurado ademas para determinar que uno o mas de la pluralidad de modulos de separacion de aire necesitan ser reemplazados cuando la cantidad de tiempo de apertura para la una o mas de la pluralidad de valvulas de modulos de separacion de aire excede un valor umbral.
6. El sistema de la reivindicacion 2, en el que el controlador esta configurado ademas para determinar el nivel de desgaste que recibe uno de la pluralidad de modulos de separacion de aire en funcion de la cantidad de tiempo durante el cual un modulo de separacion de aire recibe la porcion de aire de entrada.
7. El sistema de la reivindicacion 2, en el que el controlador esta configurado ademas para determinar el nivel de desgaste que recibe uno de la pluralidad de modulos de separacion de aire en funcion de la intensidad de la porcion de aire de entrada recibida por los modulos de separacion de aire.
8. El sistema de la reivindicacion 1, en el que la pluralidad de modulos de separacion de aire esta acoplada a un deposito de almacenamiento de combustible (185) y en el que la pluralidad de modulos de separacion de aire proporciona aire enriquecido con nitrogeno a una tasa que corresponde a la tasa de combustible que se extrae del deposito de almacenamiento de combustible.
9. Un procedimiento para inertizar combustible, utilizando el sistema de la reivindicacion 8, comprendiendo el procedimiento los pasos de:
determinar un nivel de desgaste para cada uno de una pluralidad de modulos de separacion de aire confi gurados para producir aire enriquecido con nitrogeno;
abrir selectivamente cada una de una pluralidad de valvulas de modulos de separacion de aire de tal manera que cada uno de la pluralidad de modulos de separacion de aire tenga un nivel de desgaste similar; y dirigir el aire enriquecido con nitrogeno producido por la pluralidad de modulos de separacion de aire al deposito de almacenamiento de combustible.
10. El procedimiento de la reivindicacion 9, que comprende ademas:
determinar una câ da de presion en al menos uno de la pluralidad de modulos de separacion de aire detectando una presion aguas arriba de la pluralidad de modulos de separacion de aire y detectando una presion aguas abajo de la pluralidad de modulos de separacion de aire; e
identificar al menos uno de la pluralidad de modulos de separacion de aire para reemplazarlo cuando la cafda de presion excede un valor umbral.
11. El procedimiento de la reivindicacion 9, en el que la etapa de determinacion comprende determinar el nivel de desgaste de uno o mas de la pluralidad de modulos de separacion de aire en funcion de la cantidad de tiempo en el que el uno o mas modulos de separacion de aire recibe la porcion de aire de entrada.
12. El procedimiento de la reivindicacion 9, en el que la etapa de determinacion comprende determinar el nivel de desgaste de uno o mas de la pluralidad de modulos de separacion de aire en base a la intensidad de la porcion de aire de entrada recibida por uno o mas modulos de separacion de aire.
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