KR20010060285A - 에어 분리 모듈 어셈블리 및 에어 분리 모듈을 고속으로예열시키기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 보드상에 불활성 가스를 생성하는 시스템에 관한 것으로서, 특히 신속한 예열 특성으로 갖는 불활성 가스를 보드상에 생성하는 시스템에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 투과성막을 갖는 에어 분리 시스템을 신속하게 예열시키기 위한 장치와 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 보드상에 불활성 가스를 생성하는 시스템에 관한 것으로서, 특히 신속한 예열 특성으로 갖는 불활성 가스를 보드상에 생성하는 시스템에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 투과성막을 갖는 에어 분리 시스템을 신속하게 예열시키기 위한 장치와 방법에 관한 것이다.
에어 분리 모듈(ASM:Air Separation Modules, 이하 ASM이라 칭함)을 포함하는 보드상에 불활성 가스를 생성하는 시스템(OBIGGS:On Board Inert Gas Generating Systems, 이하 OBBIGS라 칭함)은 압력진동 흡착방법(PSA:Pressure Swing Adsorption, 이하 PSA라 칭함)을 채택한 분자체를 이용하여, AH-64헬리콥터, C-17수송기, V-22 틸트-로터와 같은 항공기의 연료탱크를 비활성시키고자 지금까지 사용되고 있다.
정상적인 작동 모드중에, 상기 PSA 기술은 -60∼130℉ 범위의 전형적인 작동온도에서 조화된 엔진 브리드(bleed) 공기를 사용하고, 질소가 충만한 공기(NEA:Nitrogen Enriched Air, 이하 NEA라 칭함)를 생성하기 위하여 산소를 제거시킨다.
상기와 같이 넓은 온도 범위는 PSA기술을 수행하는데 상대적으로 최소 영향을 미치게 된다.
상기 NEA 산출 가스는 약 21% 정상적인 농도로서 산소를 포함하는 에어가 초기에 채워진 연료탱크의 연료 위쪽 얼라지(Ullage)공간을 정화시키기 위하여 사용되고 있다.
항공기의 연료탱크의 연료 위쪽 얼라지 공간에서 산소의 농도를 약 9%까지 또는 그 이하로 감소시키는 것은 연료탱크가 전기적인 스파크 또는 방화수단과 같은 점화 원인에 노출되었을때의 잠재적인 폭발 가능성을 제거해 준다
항공기의 정산적인 시동시에 상기 PSA OBIGGS에 의하여 감지된 초기의 공기 온도는 주변 환경 조건과 OBIGGS에 제공된 엔진 브리드 공기를 신속하게 예열하는 방법에 따라서 매우 낮을 수 있다.
상기 PSA를 채택하고 있는 OBIGGS의 실행은 공기 온도 -60∼+130℉ 범위에서 상대적으로 적은 영향을 받는 바, 곧바로 NEA의 효율적인 생성을 얻을 수 있다. 이에 예열시간과 시동시간이 불필요하다.
최근에 상기 OBIGGS ASM 기술은 USAF F-22와 같은 항공기에 NEA를 생성하기 위하여 채택되고 있고, JSF와 같은 미래형 항공기에 채택될 전망이다.
상기와 같은 최근의 기술은 약 +60∼+130℉ 범위의 작동온도에서 가장 효율적으로 작동하도록 중공섬유재질의 투과성막(PM:Permeable Membrane)을 사용한다.
흡입공기는 상기 수천가닥으로 역어진 중공섬유의 일끝단의 안쪽부분까지 유도되고, 산소가 상기 중공섬유의 벽면을 통하여 스며들고, 배기된다,
이때, 상기 질소가 산소보다 느린 속도로 상기 중공섬유 벽면을 통하여 스며드는 바, 상기 흡입공기가 각각의 중공섬유의 길이방향으로 통과하는 동시에 투과성막을 통하여 스며드는 산소를 손실시킴에 따라, 상기 중공섬유의 반대쪽에 NEA가 생성된다.
상기 투과성막(PM:Permeable Membrane) 기술은 PSA OBIGGS보다 높은 작동 온도에서 NEA의 생성율이 좋은 장점을 갖는다.
이는, 바람직한 공기공급원을 통상 +220℉ 이상으로 예열된 항공기의 엔진 브리드 공기로부터 얻을 수 있는 것처럼 몇몇 적용처에 유용하게 적용시킬 수 있다.
또한, 상기 투과성막(PM)기술은 PSA, BIGGS 기술보다 공기의 냉각을 덜 요구한다.
그에따라, 항공기 적용을 위한 중요한 잇점을 줄 수 있는 열교환기의 크기와 무게를 감소시킬 수 있다.
투과성막(PM)기술 또는 PSA을 채택하고 있는 OBIGGS ASM 기술들은 OBIGGS ASM로부터 흐르는 NEA의 허용치를 제어하기 위하여 유체제어장치를 사용한다.
상기 유체제어장치는 대개 고정된 오리피스관으로서, NEA를 제한하기 위하여규격화되어 있는 바, 그에따라 NEA 산출 가스에서 산소의 함유량은 약 9%이하로 제한된다.
상기 섬유를 통하여 NEA가 빠르게 흐르게 되면, 투과성막(PM)을 통하여 산소가 스며드는 시간을 최소로 허용하게 되고, 그 결과 NEA에서의 산소함량을 증가시키게 된다.
상기 흐름율이 너무 높으면, 연료탱크내에서 산소와 연료증기의 혼합으로 폭발 가능성을 유발할 수 있다.
또, 상기 흐름율이 너무 낮으면, 설정된 낮은 산소함량을 나타내지만, 낮은 NEA의 흐름율은 연료탱크로부터 누적된-산소 공기의 정화 시간이 상당히 지연될 수 있고, 안전한 비활성 조건의 달성이 지연될 수 있다.
상술한 바와 같이, 투과성막(PM) ASM은 약 +140∼+220℉ 범위의 높은 작동온도에서 최적으로 작동한다.
항공기가 급속히 이륙되면서 "비상(Scamble)"을 요구하게 되면, 안전 조건을 위하여 연료탱크의 비활성 시간을 빠르게 수행함이 중요하다.
투과성막(PM)의 정상적인 작동 온도로 도달할 때까지 대기하는 것은 최적의 수행능력을 실시하는데 지연됨을 유발하고, 시동 또는 예열 주기동안 NEA 발생율을 감소시키게 된다.
따라서, 상기 투과성막(PM)은 빠르게 예열되거나, 연료탱크를 비활성시킬 수 있는 보다 긴 시간이 요구된다.
대개, 전투기의 임무는 5분 또는 그 이하로 이륙을 필요로 하기 때문에, 투과성막(PM) ASM이 예열되어 정상적인 기능을 수행하는 시점이 전투기의 이륙시간보다 오래 걸릴 수 있게 된다.
이에따라, 상기 투과성막(PM) 에어분리모듈(ASM)을 5분 이내로 예열시킬 수 있도록 한 시스템을 필요로 하게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 투과성막(PM) 에어 분리 모듈(ASM)을 예열하는 시간을 감소시키는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 엔진 브리드 공기 시스템으로부터 상기 투과성막(PM) 에어 분리 모듈(ASM)까지 예열된 공기를 제공하는 상기 투과성막(PM) 에어 분리 모듈(ASM)시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 투과성막(PM)에서 중공섬유의 예열을 빠르게 향상시켜 상기 투과성막(PM) 에어 분리 모듈(ASM)을 통하여 흐르는 NEA를 초기에 증가시키는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 투과성막(PM) 에어 분리 모듈(ASM)의 외부면에 예열된 엔진 브리드 공기의 일부를 직접 접촉시킬 수 있도록 한 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 투과성막(PM) 분리기의 중공섬유를 예열하기 위하여 엔진 브리드 공기와/또는 NEA를 사용할 수 있도록 한 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 5분 이내에 약 9%의 산소함량을 갖는 NEA의 산출가스를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 5분 이내에 예열될 수 있도록 한 투과성막 에어 분리 시스템을 제공하는데 있다.
그 장점으로서, 본 발명의 장치 및 그 방법은 투과성막(PM) 에어 분리 모듈(ASM)을 대략 3분 이내에 정상적인 기능을 수행할 수 있도록 예열시킬 수 있다. 이는, 현재 7.5분이 걸리는 것과 비교하면 상당한 수준임을 알 수 있다.
본 발명은 투과성막(PM) 에어 분리 모듈(ASM)을 통하여, 다시말해서 투과성막(PM) 에어 분리 모듈(ASM)의 외부셀으로 직접 접촉되는 NEA의 증대된 흐름을 허용할 수 있도록 고속시동밸브를 사용한다.
이는, 상기 엔진 브리드 공기 시스템으로부터 예열된 흡입 공기의 흐름이 주변의 각 중공섬유로 증대되도록 하고, 투과성막(PM) 에어 분리 모듈(ASM)에서의 중공섬유의 예열을 가속시키게 된다.
투과성막(PM) 에어 분리 모듈(ASM)의 외부셀로 예열공기의 일부가 직접 흐르도록 함으로써, 투과성막(PM) 에어 분리 모듈(ASM)의 예열을 가속시킬 수 있고, 동시에 NEA의 정상적인 량이 투과성막(PM) 섬유의 안쪽을 통하여 흐르는 것을 허용한다.
본 발명의 이러한 목적들은 빠른 예열 성능을 갖는 에어 분리 모듈에 의하여 달성된다. 상기 에어 분리 모듈은 따뜻한 공기의 공급원과 연결된다.
에어 분리 모듈은 입구, 출구, 출구포트, 유입지점을 갖는다. 상기 입구가따뜻한 공기의 공급원과 연결된다. 밸브는 입력지점과 연결된다. 이 밸브는 또한 따뜻한 공기의 공급원과 출구포트중 어느 하나와 연결된다.
앞에 설명한 본 발명의 목적들은 에어 분리 모듈을 빠르게 예열하는 방법에 의하여 달성된다.
상기 따뜻한 공기는 포함되어 있는 질소가스를 분리시키기 위하여 에어 분리 모듈을 통하여 흐르게 된다.
상기 분리된 질소가스의 일부는 연료탱크의 얼라지(Ullage)공간으로 직접 통하게 된다.
상기 분리된 질소가스의 일부는 에어 분리 모듈의 뒤쪽과 직접 통하게 된다.
앞서 설명한 본 발명의 또 다른 목적들도 에어 분리 모듈을 빠르게 예열하는 방법에 의하여 달성된다.
상기 따뜻한 공기는 포함되어 있는 질소가스를 분리시키기 위하여 에어 분리 모듈을 통하여 흐르게 된다.
상기 분리된 질소가스의 일부는 연료탱크의 얼라지(Ullage)공간으로 직접 통하게 된다.
상기 분리된 질소가스의 일부는 에어 분리 모듈의 뒤쪽과 직접 통하게 된다.
상기 따뜻한 공기의 공급원은 에어 분리 모듈의 입력지점과 직접 통하게 된다. 다음으로, 상기 따뜻한 공기는 에어분리 모듈로부터 배출되어진다.
앞서 설명한 본 발명의 또 다른 목적들도 에어 분리 모듈을 빠르게 예열하는 방법에 의하여 달성된다.
상기 따뜻한 공기는 포함되어 있는 질소가스를 분리시키기 위하여 에어 분리 모듈을 통하여 흐르게 된다.
상기 분리된 질소가스의 일부는 연료탱크의 얼라지(Ullage)공간으로 직접 통하게 된다.
상기 분리된 질소가스의 일부는 에어 분리 모듈의 뒤쪽과 직접 통하게 된다.
공기가 따뜻한 공기의 공급원으로부터 에어 분리 모듈의 입력지점까지 직접 통하게 되고, 에어 분리 모듈의 출구포트로부터 상기 따뜻한 공기를 배출시킨다.
이하, 본 발명을 실시하는데 가장 바람직한 모드에 의거하여, 본 발명의 바람직한 구현예를 설명하고 도시함으로서, 본 발명의 다른 목적과 장점을 당분야의 숙련된 기술을 갖는 사람에게 명백할 정도로 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 실현 가능한 범위에서 다르게 구현할 수 있고, 이 구현예는 본 발명으로부터 벗어남 없이 다양하고 명백한 관점으로서 수정 가능하다.
따라서, 첨부한 도면과 상세한 설명은 본질적으로 일례로서 간주될 수 있고, 제한적이지 않다.
도 1은 투과성막(PM:Permeable Membrane) 섬유를 통과하여 투과성막(PM) 에어 분리 모듈(ASM:Air Separation Modules)의 외부 쉘로 증가된 질소가 충만한 공기(NEA:Nitrogen Enriched Air) 흐름을 유도하는 고속시동밸브를 갖는 투과성막(PM) 보드상에 불활성 가스를 생성하는 시스템(OBIGGS:On Board Inert Gas Generating Systems) 에어 분리 모듈(ASM)의 제 1 구현예를 나타내는 도면
도 2는 투과성막(PM) 에어 분리 모듈(ASM)의 외부 쉘로 따뜻한 흡입 공기를 유도하는 고속시동밸브를 갖는 투과성막(PM) 보드상에 불활성 가스를 생성하는 시스템(OBIGGS) 에어 분리 모듈(ASM)의 제 2 구현예를 나타내는 도면
도 3은 투과성막(PM) 에어 분리 모듈(ASM)의 외부 쉘로의 따뜻한 흡입 공기가 합해진 증가된 질소가 충만한 공기(NEA)의 흐름을 유도하는 고속시동밸브를 갖는 투과성막(PM) 보드상에 불활성 가스를 생성하는 시스템(OBIGGS) 에어 분리 모듈(ASM)의 제 3 구현예를 나타내는 도면
도 4는 투과성막(PM) 보드상에 불활성 가스를 생성하는 시스템(OBIGGS) 에어분리 모듈(ASM)의 단면도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
20 : 투과성막(PM) 분리기 22 : 중공섬유
40 : 고속시동밸브 50 : 외부셸
60 : 얼라지 정화밸브
본 발명의 실시를 위한 최적의 모드
도 1은 일반적으로 10으로 설명된 OBIGGS ASM을 나타내는 도면으로서, 항공기에 탑재되는 컴퓨터가 OBIGGS ASM의 작동을 모니터링하고 제어할 수 있도록 하는 선택적인 통신접속을 포함하고 있다.
본 발명의 OBIGGS ASM에 있어서 제어 자율성은 프로그램 요구사항에 따라 모든 자체 구비 항공기마다 달라진다.
엔진 컴프레서와, 열교환기와, 주변 제어 시스템, 또는 기계적으로 구동되는 컴프레서로부터의 공기원(12)은 흡입 공기 응집 필터(14)를 통과하여 PM 분리기(20)로 유도된다.
도 1과 도 2와 도 3에서 PM 분리기(20)를 둘러싸고 있는 선택적 외부 단열 쉘(26)은 상기 PM 분리기(20)의 바람직한 작동온도를 유지하도록 하는데 필요하다면 이용될 수 있다.
상기 응집 필터(14)는 초과 수분과 기타 응축되는 오염성분을 걸러내고 이를 벤트(16)를 통해 보드 상측으로 배출한다.
상기 응집 필터(14)를 통과한 공기는 필요시 차단되어 공기가 PM 분리기(20)로 들어가는 것을 막을 수 있도록 차단밸브 및 선택적 감압기(18)로 안내된다.
상기 차단밸브 및 선택적 감압기(18)는 정상 작동동안 하류압력을 강하시켜 폭발압력에 견딜 수 있도록 요구되는 ASM의 부품구조를 줄이고/줄이거나, 시스템 요구사항이 설명하는 바와 같이 공기의 소비율을 제한한다.
상기의 감압된 공기는 산소와 수증기가 중공 섬유막(22)의 벽을 통해 투과되는 PM 분리기(20)로 흐르고, 벤트(16)을 통해 보드 상측으로 배출된다.
상기 벤트(16)은 PM 분리기(20)의 외부 쉘(50) 상에 형성된 도 4의 출구포트(54)에 연결된다.
NEA 산출물은 상기 PM 분리기(20)와 중공 섬유막(22)을 통과하여 세 개의 흐를 수 있는 출구 유로 중 하나로 흐르게 된다.
정상(normal) 또는 정상상태(steady state)의 작동동안에는 제 1 유로(24)가 이용된다.
제 1 유로는 PM 분리기(20)의 일측 단부에 위치한 질소 유출구(56)을 통해 상기 PM 분리기(20)를 빠져 나오도록 되어 있다.
NEA 산출가스가 흐르게 되는 제 1 유로(24)는 NEA의 압력을 줄이는 밸브 혹은 고정된 흐름 제어 오리피스(미도시 됨)를 통상 포함하는 항공기 배관과 각 연료탱크로(미도시 됨)의 추가적인 항공기 배관으로 정상 유로이다.
제 2 유로는 연료탱크를 불활성화 하는 초기기간동안 공기에 포함된 산소의 얼라지가 보다 빨리 뿜어질 수 있도록 하는 연료탱크 얼라지로 증가되는 NEA 흐름을 공급하도록 필요시 활성화될 수 있는 선택적 작동의 얼라지 정화밸브(60)를 통과한다.
상기 얼라지 정화밸브(60)는 연료탱크를 불활성화 하는 초기시간을 줄이는데 이용될 수 있다.
상기 연료탱크가 불활성화 된 후, 상기 얼라지 정화밸브는 닫혀지고, 제 1 유로(24)는 연료가 소비되는 동안 상기의 불활성 상태를 유지할 수 있도록 계속해서 NEA의 흐름을 상기 연료탱크로 공급하게 된다.
얼라지 정화밸브(60)는 항공기가 강하하는 동안 연료탱크의 내부 압력이 증가하는 주변 대기압과 동일해지도록 NEA의 보다 큰 유량을 공급하기 위해 활성화 될 수 있다.
이는 항공기가 보다 낮은 고도로 강하하는 동안 연료탱크가 폭발 공연비를 갖도록 할 수 있는 대기압이 상기 연료탱크에 가해지는 것을 막을 수 있다.
상기 제 2 유로는 제 1 유로(24)로부터 얼라지 정화밸브(60)까지 이어진다.
따라서, NEA 산출가스의 일부가 얼라지 정화밸브(60)로 재유도된다.
제 3 유로는 고속시동밸브(40)까지 이어져 이를 지나도록 되어 있고, 상기 ASM(20)의 외부 쉘(50) 상에 형성된 유입지점(42)으로 이어지는 오리피스(41)를 지나도록 되어 있다.
상기 고속시동밸브(40)는 정상류 이상으로 가열하는 흡입 공기의 흐름을 증가시킴으로써 PM ASM의 가속된 가열과 PM(20)으로부터의 NEA의 가속된 가열을 제공하기 위해 최초 몇분의 작동동안만 열리게 된다.
이것은 PM 분리기(20)를 통과하는 가열된 공기원의 흐름을 가속시키고 예열시간과 연료탱크의 불활성화 시간을 줄여준다.
고속시동밸브(40)를 통과한 NEA의 흐름은 초기의 ASM의 가열을 보다 좋게 하기 위해 외부 쉘(50) 내부로 유입지점(42)을 통과하고 중공 섬유(22)에 인근에서 흐름을 제한하는 오리피스(41)를 통과하도록 안내된다.
외부 쉘(50)을 통과하여 중공 섬유(22)의 외면 주위에 위치하게 되는 고속 시동의 NEA의 이러한 흐름은 응집 필터의 배출소로부터의 이물질과 합쳐지고, 도 4의 출구(54)와 벤트(16)를 통해 보드 상측으로 배출된다.
고속시동밸브(40)으로부터 외부 쉘(50)로의 가스 유입위치는 중공 PM 섬유의 가열이 최적화될 수 있도록 벤트(16)에 상관적으로 배치되는 것이 바람직하다.
도 4는 유입지점(42)과 벤트(16)의 바람직한 조합의 예를 보여주고 있다.
이러한 배치는 설계 요구치를 만족시키는 시스템에 따라 달라질 수 있다.
상기 고속시동밸브(40)은 미리 설정된 시간동안 활성화되거나 PM 분리기(20)에 위치하는 온도센서에 의해 측정되는 PM ASM의 온도가 미리 설정된 온도에 도달될 때까지 활성화 될 수 있다.
또는, 고속시동밸브(40)은 가열효과를 보다 최적화하기 위해 시간 또는 온도의 함수로서 조정되는 가변의 흐름 제어 면적을 이용할 수 있다.
상기 ASM(20)은 OBIGGS 모니터 접속(102)을 통해 임계 작동 매개변수를 체크하여 자체 구비된 컴퓨터나, 데이터를 분석하고 OBIGGS의 작동을 제어하는 항공기 컴퓨터에 전하도록 OBIGGS 모니터(100)를 포함한다.
상기 모니터(100)는 전기로 작동된다.
상기 모니터(100)은 NEA 산출가스의 산소량을 측정하여 이를 항공기 컴퓨터에 전하는 산소센서(110)를 포함한다.
또한, 상기 모니터(100)는 응집필터(14)의 상류측(114) 압력 및 하류측(112) 압력과, PM 분리기(20)의 하류측(116) 압력을 측정하고 이를 전하기 위한 변환기를 포함한다.
또한, 흡입 공기의 온도는 열전대(thermocouple)(120)에 의해 측정되어 제어 컴퓨터에 전해진다.
상기 정보는 OBIGGS 모니터 접속(102)을 통해 적절한 작동을 ASM으로 전하고, 작동의 지속이 필요할 때 이를 지시하는 항공기 컴퓨터에 의해 모니터링 된다.
제 1 유로(24)는 NEA가 얼라지로부터 산소를 연속적으로 뿜어내도록 항상 열려진 상태이다.
상기 얼라지 정화밸브(60)은 산소제거를 가속하기 위한 추가적인 흐름을 위해 임의의 시간간격동안, 또는 항공기가 소정의 고도에 도달될 때까지, 또는 연료탱크(미도시 됨)에 설치되는 외부 산소센서에 의해 상기 탱크가 안정적인 상태임이 감지될 때까지 열려진다.
열전대(TC1)(120)는 상기 필터(14)에서 배출되는 공기의 온도를 모니터링 하기 위해 이용된다.
OBIGGS 모니터(100)와 항공기 컴퓨터 간의 선택적인 통신접속은 PT3 아날로그 출력라인(130)과, PT2 아날로그 출력라인(132)과, PT3 아날로그 출력라인(134)과, 산소 아날로그 출력라인(136)과, 모니터 폴트(fault) 라인(138)과, 온도 아날로그 출력 라인(140)과, 얼라지 정화밸브 제어기(142)와, OBIGGS 차단밸브 제어기(144)를 포함한다.
또한, 상기와 같은 아날로그 신호들은 바람직한 시스템 구조를 위해 디지탈 신호들이 대신 적용될 수 있다.
작동동안, 모니터(100)는 고속시동밸브(40)를 전기적으로, 또는 솔레노이드 밸브로부터의 조종사 제어 압력에 의한 공압식으로 제어한다.
또한, 상기 모니터(100)는 얼라지 정화밸브(60)을 전기적으로, 또는 공압식으로 제어한다.
상기 OBIGGS 모니터(100)는 세개의 압력 변환기(112, 114, 116) 각각으로부터 압력신호를 공급하는 세개의 공압라인 각각으로부터 공기압을 받는다.
도 1에서, 작동시 고속시동밸브(40)는 중공 섬유(22)의 작동온도가 140 ~ 220 ℉ 사이가 될 때까지 예열하는 동안 열리게 된다.
이러한 온도는 출구 유로(24)에서 열전대(미도시 됨)를 이용하여 측정될 수 있다.
상기 NEA 흐름은 출구 유로(24)를 통해 상기 PM 분리기(20)를 나와 고속시동밸브(40)를 통해 오리피스(41)로 재유도되고 유입지점(42)을 통과하게 될 것이다.
상기 오리피스(306)과 첵 밸브(302)는 라인(200)에 설치되고 또 다른 오리피스(304)와 또다른 첵 밸브(300)은 고속시동밸브(40)의 입구의 출구 유로(24)를 연결하는 또 다른 라인(202)에 설치된다.
상기 첵 밸브(300)는 따뜻한 엔진 브리드 공기가 NEA 산출물과 혼합되는 것을 방지하고, 또 다른 상기 첵 밸브(302)는 NEA 산출물이 PM 분리기(20)의 입구로 역류되는 것을 방지한다.
작동에 있어서, 제 3 구현예는 따뜻한 엔진 공기와 NEA 산출물이 중공 섬유(22)를 가열하는데 이용될 수 있으므로 보다 빠른 예열을 제공한다.
유익하게도, 최대 열교환시간과 표면적으로 중공 섬유(22)의 외면을 가열할 수 있도록 유입지점(42)은 출구(54)로부터 멀리 떨어져 배치된다.
도 2는 따뜻한 흡입 공기가 중공막 섬유(22)의 가열을 가속하기 위해 PM 분리기를 통과하기 전 직접 PM ASM 쉘(50)로 안내되는 또 다른 접근방법을 보여주고 있다.
도 2는 출력 라인(24)가 고속시동밸브(40)에 연결되는 것이 아니라 차단밸브와 선택작동의 감압기(18)를 고속시동밸브(40)에 연결하는 또 다른 라인(200)이 적용된다는 점을 제외하고는 도 1과 동일하다.
상기 접근방법은 증가된 NEA 산출 흐름 대신 예열시간동안 PM ASM을 가열하기 위해 흡입 공기를 직접 이용한다.
도 1의 작동에 있어서, 일부의 보다 따뜻한 엔진 브리드 공기는 차단밸브(18)로부터 고속시동밸브(40)으로 안내되어 오리피스(41)을 통과한다.
따뜻한 엔진 브리드 공기는 유입지점(42)를 통해 PM 분리기(20)로 들어오게 된다.
이러한 접근방법은 중공섬유의 가열을 가속시킨다.
상기 NEA 산출가스는 전술한 바와 같이 제 1 유로 혹은 제 2 유로로 흐르게 된다.
제 3 구현예가 도 3에 도시된 바, 상기 흡입 공기와 NEA 산출가스는 함께 혼합되어 ASM 쉘로 안내되어 PM 중공 섬유의 가열을 가속시킨다.
보다 바람직한 구현예가 도 3에 도시된 바, 상기 도 1과 도 2에 각각 도시한 구현예의 조합으로서, 다양한 OBIGGS 응용장치를 위한 시스템 성능을 최적화하는데 있어서 최대의 유연성을 가지고 있다.
첵 밸브(300, 302)가 공기와 NEA 가스의 혼합을 막기 위해 설치된다.
시스템 작동 매개변수는 공기원의 가용성과, 혀용된 예열시간과, NEA 순도와, NEA 유량과 기타 요구사항에 의해 영향받기 때문에 최적화가 이루어질 수 있도록 흐름 제어 오리피스(304, 306)가 각 공급원으로부터의 가스 유량을 제어하도록 포함된다.
도 4에 도시한 바와 같이, 중공 섬유(22)는 제 1 에폭시 튜브시트(100)와 제 2 에폭시 튜브시트(102) 사이에 개재된다.
각 중공 섬유(22)의 입구 단부는 제 1 에폭시 튜브시트의 일측면에 접촉되고 각 중공 섬유(22)의 반대편 단부는 제 2 에폭시 튜브시트의 일측면에 접촉된다.
유입지점(42)는 제 2 에폭시 튜브시트(102)의 인근에 배치되고, 출구포트(54)는 제 1 에폭시 튜브시트(100)의 인근에 배치된다.
상기 제 1 에폭시 튜브시트(100)와 상기 제 2 에폭시 튜브시트(102)는 각각 흡입 공기와 질소의 출력이 흐를 수 있도록 한다.
본 발명의 장치 및 그 방법은 투과성막(PM) 에어 분리 모듈(ASM)을 대략 3분 이내에 정상적인 기능을 수행할 수 있도록 예열시킬 수 있다. 이는, 현재 7.5분이 걸리는 것과 비교하면 상당한 예열 성능 향상의 잇점이 있는 것이다.
통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 위에서 설명한 모든 목적을 만족시킬 수 있다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다. 위에서 상술한 내용을 읽은 후 통상의 기술을 가진 자는 다양한 변화와, 장비의 대체, 여기서 널리 밝힌 바와 같이 본 발명의 다양한 여러 측면들을 구현할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 내용은 첨부한 청구항에 포함되는 정의와 그에 상응하는 것들에 의해서만 보호가 제한되는바이다.
Claims (23)
- 고속의 예열 성능을 갖고, 따뜻한 공기의 공급원과 연결된 에어 분리 모듈 어셈블리는:입구와 출구, 출구포트, 유입지점을 포함하며 연료탱크에 비활성가스를 제공하기 위한 에어 분리 모듈과; 상기 입력지점과 연결된 밸브로 구성하되,상기 입구는 따뜻한 공기의 공급원과 연결되고, 상기 밸브는 상기 따뜻한 공기의 공급원과 출구포트중 어느 하나와 연결된 것을 특징으로 하는 에어 분리 모듈 어셈블리.
- 제 1 항에 있어서, 상기 에어 분리 모듈 어셈블리는 컴퓨터에 에어 분리 모듈 어셈블리의 작동 매개변수를 보고하고 체크하는 모니터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 분리 모듈 어셈블리.
- 제 1 항에 있어서, 상기 출구포트와 유입지점은 대략 상기 에어 분리 모듈의 반대쪽 끝단에 위치된 것을 특징으로 하는 에어 분리 모듈 어셈블리.
- 제 1 항에 있어서, 상기 에어 분리 모듈 어셈블리는 투과성막을 이용한 것을 특징으로 하는 에어 분리 모듈 어셈블리.
- 제 1 항에 있어서, 상기 고속의 예열 성능은 에어 분리 모듈이 5분 이내에 9%이하의 산소를 함유하는 질소가스를 출력시키는 것을 허용하는 것을 특징으로 하는 에어 분리 모듈 어셈블리.
- 제 1 항에 있어서, 상기 따뜻한 공기의 공급원은 엔진 브리드 공기, 주변 제어 시스템에 의한 공기, 압축기로부터 발생된 공기중 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 에어 분리 모듈 어셈블리.
- 제 1 항에 있어서, 상기 에어 분리 모듈 어셈블리는 외부 절연셸을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 분리 모듈 어셈블리.
- 제 1 항에 있어서, 상기 에어 분리 모듈 어셈블리는 따뜻한 공기의 공급원과 상기 밸브 사이에 위치되는 제1오리피스와 제1체크밸브, 상기 출구와 상기 밸브사이에 위치되는 제2오리피스와 제2체크밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 분리 모듈 어셈블리.
- 제 1 항에 있어서, 상기 에어 분리 모듈은 외부셸과, 제1튜브시트와, 제2튜브시트와, 상기 제1튜브시트와 제2튜브시트 사이에 위치된 다수의 중공섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 분리 모듈 어셈블리.
- 에어 분리 모듈을 고속으로 예열시키기 위한 방법은:질소를 분리하기 위하여 에어 분리 모듈을 통하여 예열 공기를 흐르게 하는 단계와;연료탱크의 얼라지 공간으로 상기 분리된 질소가스의 일부를 첫번째로 직접 통하도록 하는 단계와상기 에어 분리 모듈의 뒤쪽으로 상기 분리된 질소가스의 일부를 두번째로 직접 통하도록 하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 에어 분리 모듈을 고속으로 예열시키는 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 에어 분리 모듈은 투과성막을 이용한 것을 특징으로 하는 에어 분리 모듈을 고속으로 예열시키는 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 고속 예열 성능은 에어 분리 모듈이 5분 이내에 9%이하의 산소를 함유하는 질소가스를 출력시키는 것을 허용하는 것을 특징으로 하는 에어 분리 모듈을 고속으로 예열시키는 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 분리된 질소가스의 일부를 두번째로 직접 통하도록 하는 단계가 미리 설정된 시점에서 중지가 되도록 한 후, 상기 에어 분리 모듈을 모니터링하는 단계가 진행되는 것을 특징으로 하는 에어 분리 모듈을 고속으로 예열시키는 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 분리된 질소 가스가 얼라지 정화밸브로 직접 통하도록 하여, 질소가스에 의하여 상기 얼라지가 정화되도록 한 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 에어 분리 모듈을 고속으로 예열시키는 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 에어 분리 모듈은 약 +140∼+220℉ 범위의 정상상태 온도에서 작동되는 것을 특징으로 하는 에어 분리 모듈을 고속으로 예열시키는 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 에어 분리 모듈의 중공섬유를 가로지른 후, 보드상의 따뜻한 공기의 공급원으로부터 에어가 벤트되는 단계가 진행되는 것을 특징으로 하는 에어 분리 모듈을 고속으로 예열시키는 방법.
- 에어 분리 모듈을 고속으로 예열시키는 방법은:따뜻한 공기의 공급원으로부터 에어 분리 모듈의 유입지점으로 공기가 통하도록 한 단계와;상기 에어 분리 모듈의 출구포트로부터 따뜻한 공기를 배출시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 에어 분리 모듈을 고속으로 예열시키는 방법.
- 제 17 항에 있어서, 상기 에어 분리 모듈은 투과성막을 이용한 것을 특징으로 하는 에어 분리 모듈을 고속으로 예열시키는 방법.
- 제 17 항에 있어서, 상기 고속 예열 성능은 에어 분리 모듈이 5분 이내에 9%이하의 산소를 함유하는 질소가스를 출력시키는 것을 허용하는 것을 특징으로 하는 에어 분리 모듈을 고속으로 예열시키는 방법.
- 에어 분리 모듈을 고속으로 예열시키는 방법은:질소가스를 분리하기 위하여 에어 분리 모듈을 통해서 예열공기를 흐르게 하는 단계와;연료탱크의 얼라지 공간으로 상기 분리된 질소가스의 일부를 첫번째로 직접 통하도록 하는 단계와상기 에어 분리 모듈의 뒤쪽으로 상기 분리된 질소가스의 일부를 두번째로 직접 통하도록 하는 단계와;따뜻한 공기의 공급원으로부터 에어 분리 모듈의 유입지점으로 공기가 통하도록 한 단계와;상기 에어 분리 모듈의 출구포트로부터 따뜻한 공기를 배출시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 에어 분리 모듈을 고속으로 예열시키는 방법.
- 제 20 항에 있어서, 상기 에어 분리 모듈은 투과성막을 이용한 것을 특징으로 하는 에어 분리 모듈을 고속으로 예열시키는 방법.
- 제 20 항에 있어서, 상기 고속 예열 성능은 에어 분리 모듈이 5분 이내에 9%이하의 산소를 함유하는 질소가스를 출력시키는 것을 허용하는 것을 특징으로 하는 에어 분리 모듈을 고속으로 예열시키는 방법.
- 제 20 항에 있어서, 상기 분리된 질소가스의 일부를 두번째로 직접 통하도록 하는 단계가 미리 설정된 시점에서 중지가 되도록 한 후, 상기 에어 분리 모듈을 모니터링하는 단계가 진행되는 것을 특징으로 하는 에어 분리 모듈을 고속으로 예열시키는 방법.
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