JP6140981B2 - 燃料タンクの燃焼性抑制及び不活性システム並びにその方法 - Google Patents

Description

本開示の実施形態は、概して、燃料タンクに関するものであり、より具体的には、熱交換器内のアレージを冷却することにより、航空機燃料タンク内の潜在的に危険な状態を縮小することに関する。

不活性航空機燃料タンクは、酸素、燃料蒸気及び発火源の燃焼しやすい組み合わせから生じる潜在的に危険な状況を取り除くことができる。燃料タンクの燃焼性を抑制する従来の解決方法は、機上不活性ガス生成システム（ＯＢＩＧＧＳ）により生成される窒素富化空気（ＮＥＡ）又は低酸素空気（ＯＤＡ）で燃料タンク内のアレージを薄めて品質を低下させることを含み、これは、窒素ガス不活性システム（ＮＧＳ）又は燃料タンク不活性システム（ＦＴＩＳ）と呼ばれる。

ＯＢＩＧＧＳは、圧縮された空気を使用して、ＮＥＡ又はＯＤＡを生成することができる。ＯＢＩＧＧＳは、それに供給される空気が狭帯域の圧力及び温度内にあること、及び空気がきれいで、低湿度、低オゾン濃度及び低炭化水素濃度であることを要求する。

ＮＥＡまたはＯＤＡが窒息剤である一方、酸素富化空気（ＯＥＡ）には潜在的に火災の危険がある。燃料タンクから排出される炭化水素を含んだガスは発がん性があり、悪臭を放ち、且つ環境に好ましくない。ＯＢＩＧＧＳは、ＮＥＡ及びＯＥＡを生成するための空気分離モジュール（ＡＳＭ）で中空繊維膜（ＨＦＭ）を使用する。ＡＳＭの性能及び作用は、それらが処理する空気中の汚染物質により悪影響を受けるかもしれない。

ＮＧＳシステムは、分析により確実にシミュレーションすることができないので、開発及び認証するのにコストがかかる。また、ＮＧＳシステムは、たとえば、オゾンを空気中に解離させるオゾンコンバータ、低圧状態中に設計限度内で気圧を確保するターボコンプレッサ、設計温度限度内で空気の供給を確保する冷却用熱交換器及び加熱用ヒーター、粒子汚染を抑制するフィルター、過湿を除去する水分離器、及びＡＳＭの性能を検査する酸素センサなど、高価なかなりの付属装置を使用する。さらに、マルチセンサ及び制御装置は、コンポーネントの性能を監視し、且つ装置をコンポーネントの故障から守るために使用することができる。

したがって、上述の問題を克服する燃料タンクの燃焼性抑制及び不活性システム並びに方法を提供することが望まれる。

燃焼性を抑制するためのシステムは、タンクからのアレージを冷却し、アレージ内の蒸気を凝縮し、且つ、冷却されたアレージ及び蒸気をタンクに戻す熱交換器を備える。

燃料不活性システムは、熱交換器を備える。システムのサブシステム要素は、少なくとも一のプロセッサ及びプロセッサに動作可能に結合されるメモリを備える。メモリは、プロセッサにより実行される時に、プロセッサに、タンク内の燃料対空気の比率を決定させ、燃料対空気の比率が既定の閾値を超えている時には、熱交換器内でタンク内のアレージを冷却させるプログラム命令を記憶する。

タンクの燃焼性を抑制するための方法は、タンクからアレージを除去するステップ、アレージ内の燃料蒸気を凝縮するためにアレージを冷却するステップ、及び冷却されたアレージ及び凝縮された蒸気をタンクに戻すステップを含む。

上記の特徴及び機能は、本発明の種々の実施形態において単独で達成することができるか、又は他の実施形態において組み合わせることができる。

本発明の実施形態は、後述の詳細な説明及び添付図面により、さらによく理解されるだろう。

典型的な燃料タンクの燃焼性抑制及び不活性システムである。 図１で提供される典型的なシステムの例示的な制御及び指示パネルである。 図１で提供される典型的なシステムの例示的なコントローラーのロジックである。 図１で提供される典型的なシステムの例示的な冷却システムである。 図１で提供される典型的なシステムの例示的な燃料タンクである。 図４の例示的な冷却システムの作用を示す工程図である。 推定性能を示す、図１で提供される典型的なシステムである。

図１を参照すると、典型的な燃料タンクの燃焼性抑制及び不活性システム１００が提供される。システム１００は、制御及び指示パネル２００、コントローラー３００、冷却システム４００、及び燃料タンク５００を備える。図に示されるように、任意の数の種々の信号及び命令が、システム１００のコンポーネント間に供給される。一の実施形態では、これらの信号及び命令は、無線で供給される。有線接続、又は無線接続及び有線接続両者の組み合わせが使用できる。

制御及び指示パネル２００を介して、システム選択指示１４が、コントローラー３００に及びコントローラー３００から供給される。表示命令３４は、コントローラー３００から制御及び指示パネル２００へ供給される。タービンバイパスバルブ命令３５は、コントローラー３００から冷却システム４００へ供給される。タービン放出温度Ｔ_{ＴＵＲＢＩＮＥ}５１は、冷却システム４００により、コントローラー３００へ供給される。コントローラー３００から、停止冷却システム命令３６が、冷却システム４００へ供給される。開始冷却システム命令３８が、コントローラー３００から冷却システム４００へ供給される。アレージ温度Ｔ_{ＵＬＬＡＧＥ}７８は、燃料タンク５００からコントローラー３００へ送られる。燃料タンク圧力Ｐ_ＦＵＥＬ７６も、燃料タンク５００からコントローラー３００へ供給される。外部環境に開孔される燃料タンク５００の場合、Ｐ_ＦＵＥＬ７６は、航空機データシステムからの航空機周囲の圧力信号（図示せず）で代用することができる。

上記の供給される信号及び命令を介して、アレージ混合物が、燃料タンク５００からコンジット７１を介して冷却システム４００に引き出されるように、冷却システム４００は、燃料タンク５００と相互に作用する。火災防止器（図示せず）が、安全のために備えられる。アレージ混合物は、冷却システム４００内の熱交換器４２０で低温にされ、これにより、混合物内に存在する燃料蒸気を凝縮する。凝縮された燃料蒸気は、液体燃料の形で、セパレーター４２２の常温混合物から分離され、コンジット５５を介して燃料タンク５００に戻される。常温アレージ混合物も、コンジット５３を介して燃料タンク５００に戻される。

一般的に、燃料タンク５００のアレージの燃料対空気の比率が、燃料タンクの圧力での燃焼閾値燃料対空気の比率よりはっきりと低くなるまで、システム１００は作動する。燃料対空気の比率が燃焼閾値燃料対空気の比率より低くなると、アレージ燃料対空気の比率が減少し、且つ、アレージが不活性になるので、燃料タンク５００の燃焼性が抑制される。

一の実施形態では、システム１００は、アレージ燃焼性監視のため及びシステム制御のために、Ｔ_{ＵＬＬＡＧＥ}７８とその飽和燃料対空気の比率との相関関係を使用することができる。燃料タンクアレージは、冷却システム４００を停止するための温度を表示する、温度閾値Ｘ_ＳＯを設計するために冷却され、それは、Ｐ_ＦＵＥＬ７６の機能とされる。閾値Ｘ_ＳＯは、アレージ飽和燃料対空気の比率が、燃焼閾値よりも低いことを確実にする。たとえば、ジェットＡ燃料の燃焼閾値燃料対空気の比率が、海抜４５，０００フィートの高度での燃料タンク５００について、０．０３とすることができる。

この０．０３の燃料対空気の比率は、海面レベルでおよそ１０２°Ｆが３５，０００フィートの高度でおよそ５８°Ｆに直線的に減少する温度での燃料蒸気飽和アレージで起こりうる。一の実施形態では、アレージ温度Ｔ_ＳＡＦＥは、所望の「安全率」を提供するために、燃料タンク５００は不活性であることを示す０．０２の飽和状態の燃料対空気の比率に対応して選択することができる。これは、海面レベルでのおよそ８５°Ｆ及び３５，０００フィートでのおよそ４５°Ｆのアレージ温度に対応する。燃焼性指示２０４の対応するアレージ温度は、その結果、Ｔ_ＳＡＦＥよりも大きくなる。

一の実施形態では、システム１００は、すべての高度で、アレージを温度Ｘ_ＳＯまで冷却するが、これは、Ｔ_ＳＡＦＥよりも低い。アレージ温度がＸ_ＳＯよりも低い時には、システム１００は、コントローラー３００により供給される信号３６に応答して、冷却システム４００を遮断することができる。アレージ温度がＸ_ＳＯよりも高く、且つＴ_ＳＡＦＥよりも低い温度Ｘ_ＯＰを超えると、システム１００は、自動的に冷却システム４００を再開することができる。Ｘ_ＯＰは、コントローラー３００により供給される信号３８に応答して、冷却システム４００を開始するための温度を表示することができる。典型的には、システム１００は、燃料タンクアレージを、Ｔ_ＳＡＦＥより低く、且つ０．０２の燃料対空気の比率より低く維持することができる。

システム１００は、冷気を生成し、冷却システム４００の熱交換器中を循環するアレージ混合物を冷却することができる。この冷気は、熱力学工程を使用して生成することができる。これらの工程は、圧縮、熱伝達及び熱膨張を含む。電力は、圧縮工程で使用することができ、膨張工程中にエアタービン１０１により生成される電力は、附属装置により使用され、冷却システム４００内の熱交換器を介して、冷気及びアレージ混合物を移動させる。

ここで述べられるシステム１００により、多数の利益が提供される。システム１００は、窒素富化空気（ＮＥＡ）の使用及び低酸素空気（ＯＤＡ）の船外への放出を除去することができる。粒子汚染、空気の湿度及びガス汚染、及びそのオゾン含有量は、システム性能に影響を及ぼさない。定期保守及び高レベルの安全性は、とても低いコストで実施可能である。システム１００は、単純で、信頼でき、低コストで、軽量とすることができる。さらに、システム１００は、他の機上システムの大幅な修正を要求しない。システム１００は、高い精度で分析的にシミュレーションすることができる。より高い高度での冷たい外気は、システムデューティサイクルが短くなるように、システム性能を高めることができる。続く詳細な説明を見れば、本開示の多くの付加的な利益が、当業者に明らかになるだろう。

図２を参照すると、図１で提供される典型的なシステム１００の例示的な制御及び指示パネル２００が提供される。制御及び指示パネル２００は、航空機のコックピット又はユーザがシステム１００を容易に開始及び停止できる他の領域に配置することができる。制御及び指示パネル２００は、システム選択のためのマニュアルスイッチ２０２を備える。「Ｏｎ」ポジションのスイッチ２０２は、信号１４をシステムコントローラー３００に供給し、冷却システム４００の操作を管理する。リターン信号１４は、システムがうまく起動したことを示す（表示は示されず）制御及び指示パネル２００に供給される。一の実施形態では、システム操作は、自動とすることができる。

燃料タンクアレージ混合物温度Ｔ_{ＵＬＬＡＧＥ}が警告温度閾値Ｔ_ＳＡＦＥよりも高く、ゆえに、アレージ混合物の燃焼性レベルが所望のレベルよりも高いことを示すときには、制御及び指示パネル２００は、コントローラー３００から表示命令３４を受信することができる。表示命令３４は、忠告、注意又は警告のために使用される。一の実施形態では、表示命令３４は、忠告の表示「燃焼性」２０４を照射する。表示２０４に加え、音声警報もさらに提供される。制御及び指示パネル２００は、必要ならば、たとえば、燃料温度及びアレージ温度など、他の表示を含むことができる。

図３を参照すると、図１で提供される典型的なシステム１００の例示的なコントローラー３００が示される。コントローラー３００は、制御及び指示パネル２００、冷却システム４００、及び燃料タンク５００と結合される。コントローラー３００は、ソフトウェア、ハードウェア、又はその組み合わせで実施することができる。コンポーネントも、ネットワークを介して接続することができる。

典型的には、コントローラー３００は、少なくとも一のプロセッサ、及びプロセッサによる実行のための命令３０２を含むことができる。本開示が実施されるソフトウェア内のデータ構造及びコードは、一般的に、固定コンピュータ可読記憶装置で記憶することができる。記憶装置は、コンピュータシステムにより使用されるコード及び／又はデータを記憶することができる任意の装置又は媒体とすることができる。固定コンピュータ可読記憶媒体は、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、ディスクドライブ、磁気テープ、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＤＶＤ（デジタル汎用ディスク又はデジタルビデオディスク）などの磁気記憶装置及び光記憶装置、または、既知の又は近頃開発されたコード及び／又はデータを記憶可能な他の媒体を含むが、これらに限定されない。

本開示で述べられる方法及び工程は、コード及び／又はデータとして実施可能であるが、これらは、上述の不揮発性コンピュータ可読記憶媒体で記憶することができる。コンピュータシステムが不揮発性コンピュータ可読記憶媒体に記憶されたコード及び／又はデータを読み込み実行する時に、コンピュータシステムは、不揮発性コンピュータ可読記憶媒体内に記憶されたデータ構造及びコードとして実施される方法及び工程を実行する。さらに、ここで述べられる方法及び工程は、ハードウェアモジュールに含まれうる。たとえば、ハードウェアモジュールは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）チップ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡｓ）、及びその他の既知の又は近頃開発されたプログラマブルロジックデバイスを含むが、これらに限定されない。ハードウェアモジュールが起動されると、ハードウェアモジュールは、その中に含まれる方法及び工程を実行する。

ここで述べられる技術は、論理操作及び／又はモジュールとして実施することができる。論理操作は、プロセッサで実施実行されるステップ（又はブロック）のシーケンスとして、及び相互接続したマシン又はサーキットモジュールとして実施することができる。同様に、種々のコンポーネントモジュールの説明は、モジュールにより実行又は影響される操作の観点から提供される。その結果、実施することには選択の余地があり、ここで述べられる技術を実施する基本的システムの性能要求次第となる。したがって、ここで述べられる技術の実施形態を形成する論理操作は、操作、ステップ、オブジェクト、又はモジュールとして様々に述べられる。特に明確に別の要求がなければ、或いは、特定の順序が要求言語により必要とされなければ、論理操作は任意の順番で実行することができる。

コントローラー３００は、通信ポートを備え、システム１００の他のコンポーネントと接続している。コントローラー３００は、通信ポートだけではなくプロセッサ及び命令３０２を介して、燃料タンク圧力センサ及びアレージ温度センサから、連続的にデータを受信することができる。一の実施形態では、データは、外側環境へ開孔される燃料タンクについての航空機データシステムの周囲圧力信号から受信される。冷却システムタービンバイパスバルブからの冷却システムタービン放出温度も受信される。

コントローラー３００は、システム１００の冷却サブシステム４００を「Ｏｎ」及び「Ｏｆｆ」にすることに対して、論理を扱うために使用される。図３のブロック３１０を参照すると、コントローラー３００は、Ｐ_ＦＵＥＬ７６を使用して、Ｔ_ＳＡＦＥ、Ｘ_ＯＰ及びＸ_ＳＯの新たな値を決定することができる。Ｔ_ＳＡＦＥは、所望の「安全率」を提供するための基準として示される低燃焼性限度よりも低い。Ｘ_ＳＯは、冷却システム４００を停止する設計された温度閾値であり、Ｘ_ＯＰは、Ｘ_ＳＯよりも大きく且つＴ_ＳＡＦＥよりも小さく、冷却システム４００が開始する温度を表示することができる。

これらの値を決定するために、代表的なグラフ３５０が示される。このグラフ３５０は、低燃焼性限度（基準）の形式で、燃焼閾値を示すことができる。アレージ温度Ｔ_{ＵＬＬＡＧＥ}は、Ｙ軸上に位置付けられ、燃料タンク圧力Ｐ_ＦＵＥＬは、Ｘ軸に沿って位置付けられる。低燃焼性限度上のＴ_{ＵＬＬＡＧＥ}及びＰ_ＦＵＥＬの組み合わせにより、燃料タンク５００内の燃焼がもたらされる。

Ｔ_ＳＡＦＥは、グラフ３５０内に示されるように、低燃焼性限度よりも低く設定される。概して、Ｔ_ＳＡＦＥは、燃焼性限度をはるかに下回って設定される。Ｘ_ＯＰは、冷却システム４００を開始するための温度を表すＴ_ＳＡＦＥより低く位置付けられる。Ｘ_ＳＯは、冷却システム４００を停止する温度を表示しているが、Ｘ_ＯＰより低い温度を示すように位置付けることができる。ブロック３１０に示されるように、コントローラー３００は、上述のグラフの表示により、自動的に値を決定することができる。コントローラー３００は、Ｔ_ＳＡＦＥ、Ｘ_ＳＯ及びＸ_ＯＰを連続的に決定することができる。

一の実施形態では、コントローラー３００のメモリ内に記憶されるデータからＴ_ＳＡＦＥ、Ｘ_ＳＯ及びＸ_ＯＰを決定するためにＰ_ＦＵＥＬ７６を使用するテーブルルックアップを使用することができる。テーブルルックアップ方法は、グラフ３５０内に表示されるデータを記憶する。代替的には、これらの値を決定するために、ソフトウェア及びハードウェアで、アルゴリズムが使用され、且つ実施される。

アレージ温度Ｔ_{ＵＬＬＡＧＥ}は、ブロック３２０で提供される。Ｔ_ＳＡＦＥ、Ｘ_ＳＯ、Ｘ_ＯＰ及びＴ_{ＵＬＬＡＧＥ}は、次いで、コントローラー３００により、システム１００内のコンポーネントに供給される信号を決定するために使用される。ブロック３３０では、コントローラー３００は、燃料タンク５００からのアレージ温度Ｔ_{ＵＬＬＡＧＥ}が、初期に定義された安全温度限度Ｔ_ＳＡＦＥよりも大きいかどうかを判定する。Ｔ_{ＵＬＬＡＧＥ}がＴ_ＳＡＦＥよりも大きい時に、表示命令３４への信号が、コントローラー３００から図２の制御及び指示パネル２００へ供給される。この状態は、燃料の燃焼性が所望のものよりも大きいことを示す。制御及び指示パネル２００では、システム１００のユーザは、音声及び視覚モードを介して、潜在的に危険な状態であることが警告される。この信号又は命令３４は、表示２０４を照射する。一の実施形態では、冷却システム４００のアクションは、自動的に実施することができる。

ブロック３４０において、及び第一の状態が満たされない時には、プロセッサ及び命令３０２は、Ｔ_{ＵＬＬＡＧＥ}をＸ_ＳＯと比較する。Ｔ_{ＵＬＬＡＧＥ}が燃料タンク５００内のアレージの温度を表示する一方で、Ｘ_ＳＯは、冷却システム４００を停止する温度を表示する。停止冷却システム命令３６が、冷却システム４００へ供給される。Ｔ_{ＵＬＬＡＧＥ}がＸ_ＳＯ以下の場合に、すなわち、Ｔ_{ＵＬＬＡＧＥ}≦Ｘ_ＳＯである場合に、命令３６が生成される。状態は、燃料タンクのアレージ燃焼性（又は燃料対空気の比率）が所望の値Ｘ_ＳＯ以下であり、且つ、さらにアレージの冷却が必要ではないということを示す。Ｔ_{ＵＬＬＡＧＥ}がＸ_ＳＯ以下である場合には、制御されてブロック３１０に戻る。一の実施形態では、Ｔ_{ＵＬＬＡＧＥ}＜Ｘ_ＳＯが使用される。

ブロック３５０において、且つ、第二の状態が満たされない場合には、Ｔ_{ＵＬＬＡＧＥ}はＸ_ＯＰと比較される。Ｔ_{ＵＬＬＡＧＥ}が燃料タンク５００内のアレージの温度を表示する一方で、Ｘ_ＯＰは冷却システム４００を開始する温度を表示する。Ｔ_{ＵＬＬＡＧＥ}がＸ_ＯＰよりも大きい場合に、すなわち、Ｔ_{ＵＬＬＡＧＥ}＞Ｘ_ＯＰの場合に、開始冷却システム命令３８は、冷却システム４００に供給される。状態は、燃料タンクのアレージ燃焼性（又は燃料対空気の比率）が所望の値より大きく、且つ、アレージの冷却が実施されることを示す。一の実施形態では、Ｔ_{ＵＬＬＡＧＥ}≧Ｘ_ＯＰが使用される。制御が実行されブロック３１０に戻る。

ブロック３６０では、タービンの温度、Ｔ_{ＴＵＲＢＩＮＥ}５１は、コントローラー３００内に記憶される、タービン放出コンジットＴ_Ｃ内の温度閾値と比較される。Ｔ_Ｃは空気の凍結温度、３２°Ｆよりも高い。Ｔ_{ＴＵＲＢＩＮＥ}５１は、タービン放出コンジット内に配置される冷却システム温度センサから受信することができ、これは図４に示される。プログラムされた温度閾値Ｔ_Ｃを差し引いたＴ_{ＴＵＲＢＩＮＥ}５１（すなわち、Ｔ_{ＴＵＲＢＩＮＥ}−Ｔ_Ｃ)が０．０よりも大きい場合には、タービンバイパスバルブ命令３５を閉じる信号が、コントローラー３００から冷却システム４００へ供給される。０．０と等しい場合には、命令３５は供給されない。０．０よりも小さい場合には、命令３５は、冷却システム４００に信号を送り、タービンバイパスバルブを開く。類似の変形例を使用することができ、上述のものには限定されない。

タービンバイパスバルブ命令３５に加え、タービンバイパスバルブ変調信号が使用される。プロセッサ及び命令３０２により実施されると初めに述べたが、他の変形例を組み込み又は使用することができる。たとえば、マイクロプロセッサは、命令で使用することができる。マルチプロセッサも使用でき、マルチ工程システムに従って、タスクを分割することができる。

図４を参照すると、図１で提供される典型的なシステム１００の例示的な冷却システム４００が示される。冷却システム４００は、コントローラー３００及び燃料タンク５００に結合することができる。冷却システム４００は、液体燃料コンジット５５、冷却アレージ混合物コンジット５３及びアレージ混合物引出しコンジット７１を介して、燃料タンク５００に結合される。コントローラー３００からの命令３８により命令されると、冷却システム４００は作動する。命令３６を介してコントローラー３００により命令されると、冷却システム４００は停止する。タービンバイパスバルブ命令３５への信号は、コントローラー３００から供給され、より具体的には、タービンバイパスバルブ４１６へ供給される。

冷却システム４００は、エアコンプレッサ４０２、コントローラーを含む電気モーター４０４、エアツーエア熱交換器４０６、タービン４０８、冷却ファン４１２及びアレージ混合物引出しコンジット７１に接続されるアレージ混合物ファン４１４を駆動するギアボックス４１０、タービンバイパスバルブ４１６、及び命令５１をコントローラー３００に提供するタービン放出温度センサ４１８を含むが、これらに限定されない。他のシステム４００のコンポーネントは、アレージ混合物／空気熱交換器４２０及び燃料ミストセパレーター４２２を含む。燃料ミストセパレーター４２２は、液体燃料コンジット５５及び常温混合物コンジット５３に結合することができる。

冷却システム４００は、冷却空気５７を受け入れる。冷却空気排気８２は、ファン４１２により排出される。一の実施形態では、システム４００は、循環する空気８０を受け入れる。冷却空気排気８４は、同様に、アレージ混合物／空気熱交換器４２０により、排出される。冷却システム４００のフィーチャーは、以下の説明から明らかになるだろう。

操作において、電気モーター４０４は、冷却工程を開始する。モーター４０４は、種々の形状及び形式とすることができ、電力で動く。モーター４０４は、コンプレッサ４０２に動力を供給する。循環する空気８０は、コンプレッサ４０２により排出又は吸入され、圧縮されて高圧力及び高温になる。コンプレッサ４０２は、この高圧力及び高温の空気を、エアツーエア熱交換器４０６へ送る。

熱交換器４０６は、熱伝達により、循環する空気８０を低温に冷却する。これを行なうために、冷却空気５７は、冷却ファン４１２により熱交換器４０６を介して排出される。エアツーエア熱交換器４０６から排出される高圧力及び適温の空気は、次に、タービン４０８及びタービンバイパスバルブ４１６に流れる。タービンバイパスバルブ４１６は、コントローラー３００から受け取られた命令５１により操作される。タービン４０８は、そこを介して流れる空気からエネルギーを抽出し、エネルギーをギアボックス４１０に入力する。

タービン４０８を介して流れる空気は膨張し、圧力と温度が下がる。放出ダクト５９内のタービン４０８の下流に位置する温度センサ４１８は、温度を感知し、温度データＴ_{ＴＵＲＢＩＮＥ}５１をコントローラー３００に送信し、そこで、そのデータは、閾値タービン放出温度Ｔ_Ｃと比較される。Ｔ_Ｃは、プロセッサ及び命令３０２でプログラムされる。

コントローラー３００は、図３に示すように、タービンバイパスバルブ命令３５を生成するが、これは、タービンバイパスバルブ４１６を変調してエラー（Ｔ_{ＴＵＲＢＩＮＥ}−Ｔ_Ｃ)を最小限にする。タービンバイパスバルブ４１６が閉じていない状況では、適温の空気の一部がタービン４０８を迂回し、冷たいタービン放出空気と混合して、コンジット５９でその温度が上昇する。

冷却ファン４１２は、ギアボックス４１０からその操作のための電力を取得する。図示するように、ギアボックス４１０は、タービン４０８に結合され、これにより、電力はギアボックス４１０に入力される。本質的に、上述の構造は、ファン４１４により、燃料タンク５００からコンジット７１を介して引き出されるアレージ混合物を冷却するために使用される冷気を生成する。

図５を参照すると、図１で提供される典型的なシステム１００の例示的な燃料タンク５００が示される。冷却システム４００は、燃料タンク５００に結合される。液体燃料コンジット５５及び常温混合物コンジット５３と並ぶアレージ混合物引出しコンジット７１は、二つのコンポーネントを結合する。

燃料タンク５００は、液体燃料８８及びアレージ混合物７４を含む。一般的に、アレージ混合物７４は、燃料蒸気及び空気から成る。燃料タンク５００は、通気口５０６により、外部の循環する空気８０に開孔される。開孔された燃料タンク５００は、本質的には、外部の周囲圧力下にある。

圧力センサ５０２及び温度センサ５０４は、燃料タンク５００に接続される。航空機空気データシステムからの圧力データは、開孔された燃料タンク５００の圧力センサ５０２の代わりに使用される。一の実施形態では、燃料タンク圧力を決定するアルゴリズムは、燃料タンク５００が加圧される時には、燃料タンク５００の圧力センサ５０２の代わりに、周囲圧力を使用する。燃料タンク圧力信号５０２は、コントローラー３００により連続的に使用され、図３及び図４に示すように、命令３４、３６及び３８を生成する。

図４に戻り、アレージ混合物ファン４１４及び冷却ファン４１２は、冷却システム４００のギアボックス４１０から電力を取得する。冷却システム４００のタービン４０８は、電気モーター４０４駆動コンプレッサ４０２により供給される圧縮された空気を使用して、電力をギアボックス４１０に入力する。ゆえに、電力モーター４０４が作動している時に、ギアボックス４１０へ入力される電力が供給される。アレージ混合物ファン４１４及び冷却ファン４１２は、電気モーター４０４が使用されている時に作動する。電気モーター４０４は、コントローラー３００により生成される命令３６により操作を停止するよう命令されるまで作動する。

一の実施形態では、アレージ混合物ファン４１４は、燃料タンクアレージ５００からコンジット７１を介して、アレージ混合物７４のいくらかを引き出す。ファン４１４は、アレージ混合物７４をアレージ混合物／空気熱交換器４２０へ供給し、そこで、アレージ混合物７４は、タービン４０８により供給される冷気により冷却される。

続いて図４及び図５で、アレージ混合物７４が冷却される際に、アレージ混合物内に存在する燃料蒸気の幾らかが凝縮し、液体燃料水滴（燃料ミスト）を生成する。液体燃料水滴は、燃料ミストセパレーター４２２により熱交換器４２０から排出される常温アレージ混合物７４から除去される。一の実施形態では、コンジット５５は、凝縮された液体燃料８８を燃料タンクに戻し、コンジット５３は、常温アレージ混合物を燃料タンクアレージ７４に戻す。燃料が消費されアレージ７４の体積が増加するにつれ、燃料タンク５００の燃料８８は減少する。アレージ混合物７４及び液体燃料８８の総体積は、タンク５００の容積である。このアレージ混合物７４の冷却は、冷却システム４００がコントローラー３００からの命令３６で操作を停止するまで、熱交換器４２０で続く。

熱交換器４０６及び４２０からの冷却空気は、図示されないが、ふさわしい放出排出口を使用して排出される。図４は、冷却ファン４１２及びアレージ混合物ファン４１４を駆動するためのギアボックス４１０を示す。たとえば、三輪機構を使用し、タービン４０８が取り付けられた共通軸上の二つのファンなどを駆動させるために、他の方法が使用できる。別の実施形態では、タービン４０８は、ギアボックス４１０なしに、冷却ファン４１２を駆動することができ、電気モーター（図示せず）は、ファン４１４を駆動することができる。電気モーター（図示せず）は、冷却システムが作動するときに、作動する。

以上の本開示から明らかなように、冷却システム４００は、燃料タンク５００のアレージ混合物７４の温度を下げることができる。温度を下げることにより、燃料対空気の比率及びその燃焼性も低くなる。これにより、アレージ混合物燃料対空気の比率を燃焼閾値より減らせば、アレージ混合物７４を不活性にすることができる。

上述のシステム４００に対して、多くの変更や改良を行なうことが可能である。たとえば、静電気による潜在的な火災を減らすために、静電気防止用ストラップを付加することができる。火災の時に火災が伝播するのを防止するために、火炎防止器を備え付けることができる。コンポーネントの不具合を検知するために、試験装置内で製造することもできる。このような変更や改良を付け加えることは、本開示から逸脱することなく行なうことができる。

図６に進み、図４の例示的な冷却システム４００の操作を示すグラフ６００が示される。温度がＹ軸に沿って示される一方で、エントロピーがＸ軸に沿って示される。ポイントＡは、循環する空気８０の状態を表す。ラインＡＢは、コンプレッサ４０２による空気吸入を示す。ラインＢＣは、コンプレッサ４０２による空気圧縮を示す。図示されたように、圧縮工程中に、温度が著しく上昇する。

ラインＣＤは、熱交換器４０６での空気冷却を示す。この工程中に、温度は下降する。ラインＤＥは、タービン４０８内での空気の膨張を示し、その一方で、ラインＥＦは、タービン排気と混合する、バイパスバルブ４１６からのバイパス空気を示す。ポイントＦは、アレージ混合物熱交換器４２０へ供給される低温で調整された冷気を示す。

図７を参照すると、推定性能を示す、図１の典型的なシステム１００が示される。性能は、潜在的なアレージ混合物７４の冷却を示す。分析は、温かい日の海面状態で提供される。想定及びコンポーネント特性が示される。

システム１００は、１．９圧力比を有する電気モーター４０４駆動コンプレッサ４０２を使用する。電気モーター４０４は、およそ５．４ＨＰである。システム１００は、（潜在的に燃焼性のある燃料対空気の比率が０．３である）燃料蒸気で飽和したアレージ混合物７４のおよそ６０ｃｆｍ（４．５ｌｂｍ）を引き出す。システム１００は、引き出されたアレージ混合物７４を６０°Ｆまで冷却する。この工程で、システム１００は、引き出されたアレージ混合物７４から０．０８ｌｂ／ｍｉｎの燃料８８を除去し、混合物の燃料対空気の比率を０．０１０２まで減らし、その結果、混合物７４を不活性にする。システム１００は、技術コンポーネントの状態を使用する。図７は、選択された場所での空気及びアレージ混合物７４の物理的な状態を示す。

一の実施形態では、システム１００は、６００立方フィートの容積の熱的に絶縁された燃料タンク５００において、およそ１２分で、アレージ混合物７４の燃料対空気の比率を初めの０．０３から０．０１に減らすことができる。概して、システム１００は、燃料タンク５００が熱源にさらされる時に、より長い時間がかかる。コンプレッサ圧力比を増加させ及び／又はコンプレッサエアフローを増加させ、タービン放出温度を減少させることにより、この時間は短縮できる。システム１００は、設計の融通性を提供する。

本発明の一態様によれば、熱交換器、少なくとも一のプロセッサ、及びプロセッサに動作可能に結合されたメモリを備え、メモリは、プロセッサにより実行される時に、プロセッサに、タンク内の燃料対空気の比率を決定させ、燃料対空気の比率が既定の閾値を超えている時には、熱交換器を介してタンク内のアレージを冷却させるプログラム命令を記憶することを特徴とする、燃料不活性システムが提供される。有利には、既定の閾値は、アレージが燃焼性のあるポイントより低いとする。

有利には、不活性システムは、燃料対空気の比率を決定し、且つアレージを冷却する信号を生成するためのコントローラーをさらに備える。

有利には、不活性システムは、冷却されたアレージから燃料水滴を除去するための燃料ミストセパレーターをさらに備える。

本発明の実施形態を、種々の特定の実施形態の観点から説明したが、当業者であれば、請求項に記載の理念及び範囲内において、本発明の実施形態に変更を加えて実行可能であることを認識するだろう。

Claims (13)

1. 燃焼性を抑制するためのシステムであって、
   タンク（５００）からのアレージを冷却し、前記アレージ内の蒸気を凝縮し、かつ、冷却された前記アレージ及び前記蒸気を前記タンク（５００）に戻す第１の熱交換器（４２０）と、
   圧縮空気を冷却する第２の熱交換器（４０６）から排出される高圧かつ適温の空気を受け入れるタービン（４０８）と、
   を備え、
   前記タービン（４０８）は、前記空気からエネルギーを抽出し、冷却ファン（４１２）及びアレージ混合物ファン（４１４）を駆動するギアボックス（４１０）にエネルギーを入力するとともに、前記空気を前記第１の熱交換器（４２０）に流入させ、
   前記冷却ファン（４１２）は前記第２の熱交換器（４０６）を通る前記空気を排出し、前記アレージ混合物ファン（４１４）は前記タンク（５００）から前記アレージを引き出す、
   システム。
2. システムの操作を管理するスイッチ（２０２）をさらに備える、請求項１に記載の燃焼性を抑制するためのシステム。
3. システムを始動及び停止するためのコントローラー（３００）をさらに備える、請求項１又は２に記載の燃焼性を抑制するためのシステム。
4. タンク圧力センサ及びアレージ温度センサをさらに備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の燃焼性を抑制するためのシステム。
5. 前記圧縮空気を冷却する前記第２の熱交換器（４０６）に、前記圧縮空気を供給するコンプレッサ（４０２）をさらに備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の燃焼性を抑制するためのシステム。
6. 前記コンプレッサ（４０２）に動力を供給するための、前記コンプレッサ（４０２）に結合されたモーター（４０４）をさらに備える、請求項５に記載の燃焼性を抑制するためのシステム。
7. 前記第２の熱交換器（４０６）を通る冷気を排出するための前記冷却ファン（４１２）をさらに備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の燃焼性を抑制するためのシステム。
8. 開かれる時に、適温の空気の一部が前記タービンを迂回して冷たいタービン放出空気と混合するような、タービンバイパスバルブをさらに備える、請求項１から７に記載の燃焼性を抑制するためのシステム。
9. タンクの燃焼性を抑制するための方法であって、
   タービン（４０８）により、圧縮空気を冷却する第２の熱交換器（４０６）から排出される高圧かつ適温の空気を受け入れるステップ、
   タンク（５００）からアレージを除去するステップ、
   第１の熱交換器（４２０）により、前記アレージ内の蒸気を凝縮するために、前記アレージを冷却するステップ、及び
   前記第１の熱交換器（４２０）により、冷却された前記アレージ及び前記蒸気を前記タンク（５００）に戻すステップを含み、
   前記タービン（４０８）は、前記空気からエネルギーを抽出し、冷却ファン（４１２）及びアレージ混合物ファン（４１４）を駆動するギアボックス（４１０）にエネルギーを入力するとともに、前記空気を前記第１の熱交換器（４２０）に流入させ、
   前記冷却ファン（４１２）は前記第２の熱交換器（４０６）を通る前記空気を排出し、前記アレージ混合物ファン（４１４）は前記タンク（５００）から前記アレージを引き出す、
   方法。
10. 前記アレージの温度が閾値より低い時に、前記タンク（５００）からのアレージ除去を停止するステップをさらに含む、請求項９に記載のタンクの燃焼性を抑制するための方法。
11. 前記温度が閾値を超える時に、前記タンク（５００）からのアレージ除去を再開するステップをさらに含む、請求項１０に記載のタンクの燃焼性を抑制するための方法。
12. 前記タンク（５００）内の前記アレージの温度と燃料対空気の比率とを関連付けることにより前記アレージの燃焼性を監視するステップをさらに含む、請求項９から１１のいずれか一項に記載のタンクの燃焼性を抑制するための方法。
13. 前記燃料対空気の比率が前記タンク（５００）内の燃焼閾値より低くなるまで、前記アレージを冷却するステップをさらに含む、請求項１２に記載のタンクの燃焼性を抑制するための方法。

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