KR20070076409A

KR20070076409A - 연료 탈산소 시스템 내에서 물질 전달을 교환하기 위한방법

Info

Publication number: KR20070076409A
Application number: KR1020060124597A
Authority: KR
Inventors: 루이스 치아페타; 루이스 제이. 스파다시니; 헤 후앙; 말리카 굼말라; 도철 최
Original assignee: 유나이티드 테크놀로지스 코포레이션
Priority date: 2006-01-18
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2007-07-24
Also published as: EP1810737A1; JP2007190549A; CA2568552A1; US7824470B2; US20070163438A1; CN101015752A

Abstract

에너지 변환 장치를 위한 연료 시스템은 연료 채널에 복잡한 2차원 유동 특징을 제공하도록 상호 삽입된 복수의 유동 충돌 요소를 갖는 탈산소 시스템을 포함한다. 유동 충돌 요소는 경계층을 파괴하고, 연료 유동을 산소 투과성 박막에 대해 수직인 방향으로 유도함으로써, 연료 채널 내의 연료 유동의 중심부로부터 산소 투과성 박막 표면으로의 산소의 전달을 향상시킨다. 연료의 산소가 비교적 농후한 중심부의 산소 투과성 박막 근방의 산소가 비교적 희박한 유동과의 신속한 혼합은 연료로부터의 산소의 전체적인 제거 속도를 향상시킨다. 이러한 공정이 층류를 유지하면서 비교적 큰 유동 영역의 연료 채널 내에서 달성될 수 있기 때문에, 지속되는 압력 강하는 비교적 낮다.

연료 시스템, 액체 탈기 시스템, 연료 채널, 유동 충돌 요소, 산소 투과성 박막

Description

연료 탈산소 시스템 내에서 물질 전달을 교환하기 위한 방법 {A Method for Exchanging Mass Transport in Fuel Deoxygenation Systems}

도1은 본 발명에 따른 연료 탈산소 장치를 채용한 에너지 변환 장치(ECD) 및 관련 연료 시스템의 개략적인 블록 선도.

도2a는 탈산소 시스템의 분해 사시도.

도2b는 탈산소 시스템의 분해도.

도2c는 도2b의 탈산소 시스템의 유동판 조립체의 분해 사시도.

도3은 연료 채널과, 산소 수용 진공 또는 세척 기체(sweep gas) 채널을 도시하는 유동판 조립체의 분해 단면도.

도4는 연료 채널과, 본 발명의 유동 충돌 요소에 의해 발생되는 유선을 도시하는 유동판 조립체의 분해 단면도.

도5a는 본 발명의 단일 유동 충돌 요소의 분해 단면도.

도5b는 연료 채널 및 내부의 유동 충돌 요소의 분해 단면도.

도6a는 연료 채널 및 내부의 유동 충돌 요소의 다른 유형의 분해 단면도.

도6b는 연료 채널 및 내부의 유동 충돌 요소의 다른 유형의 분해 단면도.

도6c는 연료 채널 및 내부의 유동 충돌 요소의 다른 유형의 분해 단면도.

도7은 산소 투과성 박막으로부터 갭만큼 변위된 유동 충돌 요소를 갖는 연료 채널의 분해 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

14 : 탈산소 시스템

36 : 산소 투과성 박막

38 : 연료 채널

40 : 산소 수용 채널

55 : 유동 충돌 요소

본 발명은 액체 탈기에 관한 것이고, 특히 연료 채널에 혼합 및 산소 전달을 향상시키는 복잡한 2차원 유동 특징을 제공하도록 상호 삽입된 복수의 유동 충돌 요소에 관한 것이다.

제트 연료는 종종 다양한 항공기 시스템을 위한 냉각수로서 항공기 내에서 이용된다. 탄화수소 제트 연료 내의 용존 산소의 존재는 산소가 바람직하지 않은 부산물을 산출하는 산화 반응을 지원하기 때문에, 바람직하지 않을 수 있다. 제트 연료 내에서의 공기의 용해는 평형 포화 상태에서 대략 70 ppm의 산소 농도를 생성한다. 포기 연료가 대략 300℉ 내지 850℉ 사이로 가열되면, 용존 산소는 연료의 자유 라디칼 반응을 개시하여, 일반적으로 "코크스" 또는 "코킹"으로 불리는 침착물을 생성한다. 코크스는 연료 시스템에 대해 유해할 수 있으며, 연소를 억제할 수 있다. 그러한 침착물의 형성은 의도된 열교환 기능 또는 연료의 효율적인 분사에 대해, 연료 시스템의 정상적인 기능을 훼손할 수 있다.

다양한 시스템이 현재 액체 탈산소화를 위해 이용 가능하다. 그러나, 항공기 엔진의 특징인 높은 유속을 소형이며 경량인 조립체 내에서 처리할 수 있으며 용존 산소 농도를 코크스 형성을 억제하기에 충분히 낮출 수 있는 것은 없다. 전형적으로, 산소 농도를 대략 5 ppm으로 낮추는 것은 코킹 문제점을 극복하기에 충분하고, 연료가 예를 들어 열교환 중에 대략 650℉로 가열되도록 허용한다. 또한, 훨씬 더 높은 온도로의 연료의 가열을 허용하도록 산소 농도를 더욱 감소시키는 것이 종종 바람직하다.

항공기에서 사용하도록 의도된 한 가지 연료 안정화 유닛(FSU)은 산소 투과성 박막을 가로질러 산소 분압 구배를 생성함으로써 제트 연료로부터 산소를 제거한다. FSU는 하우징 내의 투과성 박막과 다공성 기판 사이에 개재된 복수의 유동판을 포함한다. 각각의 유동판은 연료 통로의 일 부분을 한정하고, 다공성 판으로 지지된 투과성 박막은 연료 통로의 나머지 부분을 한정한다.

평탄 유동판은 용존 산소의 물질 전달을 증가시키기 위해 연료 유동과 산소 투과성 박막 사이의 접촉을 향상시키기 위한 유동 충돌 요소를 이용한다. 유동 충돌 요소의 설계는 유동 충돌 요소가 연료 유동과 산소 투과성 박막 사이의 접촉을 향상시키지만 그를 통과하는 연료 유동 압력에 대한 영향을 최소화할 필요가 있으므로, 비교적 복잡한 유체 동역학 문제를 부과한다. 또한, 유동 충돌 요소는 FSU 시스템의 크기 및 중량을 현저하게 증가시킬 수 있는 연료 유동 경로 길이를 부당 하게 증가시키지 않아야 한다.

따라서, 연료 유동 압력 강하를 최소화하면서 탈산소화를 증가시키는 크기 및 중량이 효율적인 시스템 내에서 탄화수소 연료의 탈산소화를 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 에너지 변환 장치를 위한 연료 시스템은 한 쌍의 유동판에 의해 한정된 연료 채널에 복잡한 2차원 유동 특징을 제공하도록 상호 삽입된 복수의 유동 충돌 요소를 갖는 탈산소 시스템을 포함한다. 유동 충돌 요소는 용존 산소의 물질 전달을 증가시키기 위해 연료 유동과 산소 투과성 박막 사이의 접촉을 향상시킨다. 유동 충돌 요소는 연료 유동의 중심부로부터 산소 투과성 박막 표면으로의 산소의 전달을 향상시키기 위해 연료 유동의 경계층을 파괴한다. 연료의 산소가 비교적 농후한 중심부의 산소 투과성 박막 근방의 산소가 비교적 희박한 유동과의 신속한 혼합은 연료로부터의 산소의 전체적인 제거 속도를 향상시킨다. 이러한 공정이 층류를 유지하면서 비교적 큰 유동 영역의 연료 채널 내에서 달성될 수 있기 때문에, 그에 의해 지속되는 압력 강하는 비교적 낮다.

그러므로, 본 발명은 연료 유동 압력 강하를 최소화하면서 탈산소화를 증가시키는 크기 및 중량이 효율적인 시스템 내에서 탄화수소 연료의 탈산소화를 제공한다.

본 발명의 다양한 특징 및 장점이 현재의 양호한 실시예에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백해질 것이다. 상세한 설명에 첨부된 도면은 다음 과 같이 간단하게 설명될 수 있다.

도1은 에너지 변환 장치(12: ECD)를 위한 연료 시스템(10)의 일반적인 개략도를 도시한다. 탈산소 시스템(14)은 연료 탱크와 같은 저장소(16)로부터 액체 연료(F)를 받는다. 연료(F)는 전형적으로 제트 연료와 같은 액체 탄화수소이다. ECD(12)는 다양한 형태로 존재할 수 있고, 여기서 액체 탄화수소는 윤활유로서 실제로 사용되기 전의 일정 시점에서, 또는 처리, 연소, 또는 몇몇 형태의 에너지 방출을 위해, 자동 산화 반응을 지원하기에 충분한 열과, 용존 산소가 액체 탄화수소 내에서 상당한 정도로 존재하면 코킹을 획득한다.

ECD(12)의 한 가지 형태는 특히 항공기의 엔진과 같은 가스 터빈 엔진이다. 전형적으로, 연료는 또한 항공기 내의 하나 이상의 하위 시스템을 위한 냉각수로서 역할하고, 연소 직전에 연료 분사기로 송출될 때 가열된다.

열교환 섹션(18)은 연료가 열교환 관계로 통과하는 시스템을 나타낸다. 열교환 섹션(18)은 ECD(12)와 직접 관련되고 그리고/또는 더 큰 시스템(10) 내에서 어디에나 분포될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 열교환 시스템(18)은 시스템 전체에 걸쳐 분포된 복수의 열교환기를 대안적으로 또는 추가적으로 포함할 수 있다.

일반적으로 이해되는 바와 같이, 저장소(16) 내에 저장된 연료(F)는 보통 70 ppm의 포화 수준일 수 있는 용존 산소를 함유한다. 연료 펌프(20)가 저장소(16)로부터 연료(F)를 흡인한다. 연료 펌프(20)는 연료 저장소 도관(22) 및 밸브(24)를 거쳐 탈산소 시스템(14)의 연료 입구(26)로 저장소(16)와 연통한다. 연료 펌프(20)에 의해 인가되는 압력은 연료(F)를 탈산소 시스템(14) 및 연료 시스템(10)의 다른 부분을 통해 순환시키는 것을 보조한다. 연료(F)가 탈산소 시스템(14)을 통과할 때, 산소가 진공 또는 세척 기체 시스템(28) 내로 선택적으로 제거된다. 세척 기체는 본질적으로 산소가 없는 임의의 기체일 수 있다.

탈산소 연료(Fd)는 탈산소 시스템(14)의 연료 출구(30)로부터 탈산소 연료 도관(32)을 거쳐 열교환 시스템(18)으로 그리고 가스 터빈 엔진의 연료 분사기와 같은 ECD(12)로 유동한다. 탈산소 연료의 일부는 탈산소 시스템(14) 및/또는 저장소(16)로의 재순환 도관(33)에 의해 표시된 바와 같이, 재순환될 수 있다. 특정 구성요소 배열이 도시된 실시예에서 개시되었지만, 다른 배열이 본 발명으로부터 유익을 얻는다는 것이 이해되어야 한다.

도2a를 참조하면, 탈산소 시스템(14)은 양호하게는 복수의 기체/연료 유동 채널 조립체(34: 도2b)를 포함한다. 조립체(34)는 연료 채널(38)과, 질소 및/또는 다른 무산소 기체의 유동을 허용하는 지지 메시에 의해 형성될 수 있는 산소 수용 진공 또는 세척 기체 채널(40) 사이에 산소 투과성 박막(36)을 포함한다 (도3). 채널은 연료를 탈산소화하기 위해 박막을 가로질러 산소 농도 차이를 유지하는, 산소 분압 차이를 제공하기 위한 다양한 형상 및 배열일 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

산소 투과성 박막(36)은 용존 산소 (및 다른 기체)가 옹스트롬 크기의 공극을 통해 확산하도록 허용하지만, 더 큰 연료 분자는 차단한다. 대안적으로, 또는 공극과 관련하여, 투과성 박막(36)은 연료를 차단하면서 박막을 통해 산소 (및/또는 다른 기체)를 용해 및/또는 확산시키기 위한 용해-확산 메커니즘을 이용한다. 미국 델라웨어주 윌밍톤의 이.아이. 듀폰 드 네무어(E. I. DuPont de Nemours)가 등록한 상표 "테프론(Teflon) AF"로 종종 식별되는 퍼플루오로-2,2-디메틸-1,3-디옥사이드(PDD)의 무정형 공중합체인 테프론 AF의 부류와, 이탈리아 밀란의 솔베이 솔렉시스(Solvay Solexis)가 등록한 2,2,4-트리플루오로-5-트리플로오로메톡시-1,3-디옥사이드(TDD)의 공중합체인 하이플론(Hyflon) AD의 부류가 연료 탈산소화에 대한 효과적인 결과를 제공하는 것으로 입증되었다.

연료 채널(38)을 통해 유동하는 연료는 산소 투과성 박막(36)과 접촉한다. 진공은 연료 채널(38)의 내벽과 산소 투과성 박막(36) 사이에 산소 분압 차이를 생성하고, 이는 연료 내에 용해된 산소의 확산이 박막(36)을 지지하는 다공성 지지체(42)를 통해 그리고 연료 채널(38)로부터 분리된 산소 수용 채널(40)을 통해 탈산소 시스템(14)의 외부로 이동하게 한다. 하나의 박막에 기초한 연료 탈산소 시스템 및 그의 관련 구성요소의 다른 태양의 추가의 이해를 위해, 본 발명의 양수인에게 양도되고 본원에서 전체적으로 참조된, 발명의 명칭이 '박막에 기초한 연료 탈산소 장치'인 미국 특허 제6,315,815호 및 발명의 명칭이 '평탄 박막 탈산소 장치'인 미국 특허 제6,709,492호를 참조하면 된다.

도2b를 참조하면, 탈산소 시스템(14)의 하나의 유동 채널 조립체(34)를 형성하는 한 세트의 판이 (도3에도 도시된) 부직포 폴리에스테르 시트와 같은 다공성 지지체(42)에 의해 지지되는 산소 투과성 박막(36)에 인접하여 삽입된 유동판 조립 체(44)를 포함한다. 다공성 기판은 개략적으로 도시되었지만, 다양한 형태를 취할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 하나 이상의 조립체(34)에 인접하여, 분리판(48)이 있다. 분리판(48)은 연료가 유동판(34)에 의해 한정된 소정의 연료 통로를 가로질러 누출되는 것을 방지한다. 탈산소 시스템(14)은 유동 채널 조립체(34)의 개수에 관계없이, 접속판(46)과 (도2a에 도시된) 연료 입구(26), 진공 포트(29), 및 연료 출구(30)를 각각 포함하는 외측 하우징 판(50a, 50b)에 의해 밀봉된다.

외측 하우징 판(50a, 50b)들은 양호하게는 유동 채널 조립체(34)들이 그들 사이에 삽입되도록 볼트 등과 같은 복수의 체결구를 통해 서로 부착된다. 외측 하우징 판(50a, 50b)은 양호하게는 유동 채널 조립체(34)들을 압축시켜서 그에 의해 판들 사이의 밀봉이 유지되게 하는 비교적 강성인 구성요소이다. 도시된 실시예에서 직선으로 도시되어 있지만, 당업자는 비강성 하우징을 포함한 대안적인 형상, 크기, 또는 구성이 적합하며 본 발명의 범주 내에 있다는 것을 인식할 것이다.

각각의 유동판 조립체(44)는 입구(26)와 출구(30) 사이에서 연료 채널(38)의 일부를 한정한다. 진공 포트(29: 도2a)는 유동판(52, 54) 내의 진공 포트(29)를 통해 접속판(46) 및 다공성 지지체(42)와 연통한다. 진공은 각각의 다공성 지지체(42) 내에 분압 구배를 생성하여, 연료 채널(38)로부터 산소 투과성 박막(36)을 통해 용존 산소를 추출한다. 산소는 그 다음 진공 포트(29)를 통해 배출된다.

유동 채널 조립체(34)의 구체적인 양은 연료 유형, 연료 온도, 및 엔진으로부터의 질량 유량 요구와 같은 용도에 따른 요건에 의해 결정된다. 아울러, 상이 한 양의 용존 산소를 함유하는 상이한 연료들은 원하는 양의 용존 산소를 제거하기 위해 상이한 양의 탈산소화를 요구할 수 있다.

각각의 유동판 조립체(44)는 입구(26) 및 출구(30)(도2a) 사이에서 하나의 연료 채널(38: 도3)을 한정한다. 양호하게는, 복수의 평행 유동 채널(38)이 탈산소 시스템(14) 내의 복수의 유동 채널 조립체(34)에 의해 입구(26)와 출구(30) 사이에 한정된다. 각각의 연료 채널(38)의 구성은 양호하게는 연료로부터 제거되는 용존 산소의 양을 최대화하기 위해 산소 투과성 박막(36)에 대한 연료 노출을 최대화하도록 한정된다. 연료 채널(38)은 양호하게는 연료가 산소 투과성 박막(36)과 접촉하기에 충분히 작지만, 연료 유동을 제한하지 않기에 충분히 크다.

각각의 유동판 조립체(44)는 제1 유동판(52), 제2 유동판(54), 및 이들 사이의 유동판 가스켓 또는 시일(56)을 포함한다. 도시된 실시예에서 개시된 유동판 조립체(44)는 명확하게 하기 위해 단지 2개의 유동판 및 하나의 가스켓을 도시하고, 임의의 개수의 판 조립체가 외측 하우징 판(50a, 50b)들 사이에 위치될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

제1 유동판(52) 및 제2 유동판(54)은 양호하게는 예를 들어 폴리페닐렌 설파이드(PPS)인 열가소성 수지와 같은 비금속 재료로 제조된다. 연료와 함께 이용 가능하며 (정전기 전하 축적을 방지하기 위해) 전기 전도성인 다른 플라스틱이 성형되기보다는 가공된 재료로서 대안적으로 이용될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.

제1 유동판(52) 및 제2 유동판(54)은 산소 전달을 증가시키는 유동 충돌 요 소(55: 도2c 및 도3)를 포함한다. 유동판(52, 54)들이 서로 조립될 때, 유동 충돌 요소(55)는 유동판(52, 54)에 의해 한정된 연료 채널(38)에 복잡한 2차원 유동 특징을 제공하도록 상호 삽입되어 교대된다 (도4). 바꾸어 말하면, 각각의 유동판(52, 54) 상의 유동 충돌 요소(55)들은 그들 각각의 유동판(52, 54)의 평탄 표면 위에서 연장된다. 유동판(52, 54)들이 가스켓(56)과 함께 조립되어 유동판 조립체(44)를 형성할 때, 유동 충돌 요소(55)는 인접한 유동판(52, 54)으로부터의 유동 충돌 요소(55)가 연장되는 완전한 연료 채널(38)을 형성한다 (도3).

유동 충돌 요소(55)는 전체 유동으로부터 박막 표면으로의 산소의 전달을 향상시키고, 비금속 재료는 중량과, 산소 투과성 박막(36)을 손상시킬 수 있는 예리한 모서리를 최소화한다. 탈산소 시스템(14)의 유동 충돌 요소(55)는 연료 유동과 복합 산소 투과성 박막(36) 사이의 접촉을 향상시켜서 용존 산소의 물질 전달을 증가시킨다.

연료 채널(38)을 통해 유동하는 연료는 복합 산소 투과성 박막(36)과 접촉한다. 진공은 연료 채널(38)의 내벽과 복합 산소 투과성 박막(36) 사이에 산소 분압 차이를 생성하고, 이는 연료 내에 용해된 산소의 확산이 박막(36)을 지지하는 다공성 지지체(42)를 통해 그리고 연료 채널(38)로부터 분리된 산소 수용 채널(40)을 통해 탈산소 시스템(14)의 외부로 이동하게 한다. 하나의 박막에 기초한 연료 탈산소 시스템 및 그의 관련 구성요소의 다른 태양의 추가의 이해를 위해, 본 발명의 양수인에게 양도되고 본원에서 전체적으로 참조된, 발명의 명칭이 '박막에 기초한 연료 탈산소 장치'인 미국 특허 제6,315,815호, 발명의 명칭이 '열 관리를 위한 시 스템 및 방법'인 미국 특허 제6,939,392호, 및 발명의 명칭이 '평탄 박막 탈산소 장치'인 미국 특허 제6,709,492호를 참조하면 된다.

유동 충돌 요소(55)는 그의 표면에 대해 대체로 수직인 방향인 산소 투과성 박막(36) 상으로 연료 유동을 직접 충돌시킴으로써 탈산소화를 향상시킨다 (도4). 탈산소 시스템(14)의 유동 충돌 요소(55)는 연료 유동과 산소 투과성 박막(36) 사이의 접촉을 향상시켜서 용존 산소의 물질 전달을 증가시킨다. 연료의 산소가 비교적 농후한 중심부의 산소 투과성 박막(36) 근방의 산소가 비교적 희박한 유동과의 신속한 혼합은 연료 유동으로부터 산소의 전체적인 제거 속도를 향상시킨다. 이러한 공정이 층류를 유지하면서 비교적 큰 유동 영역의 연료 채널 내에서 달성될 수 있기 때문에, 지속되는 압력 강하는 비교적 낮다.

도5a를 참조하면, 각각의 유동 충돌 요소(55)는 산소 투과성 박막(36)에 인접한 기부 세그먼트(60) 및 그에 대향하는 선단 세그먼트(58)를 한정한다. 기부 세그먼트(60)는 양호하게는 각각의 유동 충돌 요소(55)의 연료 유동 내로 향하는 선단면이 단차 형상을 한정하도록 선단 세그먼트(58)에 의해 한정된 선단 두께보다 더 큰 기부 두께를 한정한다. 즉, 유동 충돌 요소(55)의 하류측은 비교적 직선이어서, 유동은 박막 표면에 대해 수직인 방향으로 갑작스럽게 회전된다. 박막으로 덮인 표면에 가장 가까이 위치된 유동 충돌 요소(55)의 이러한 단차 형상은 통상 사출 성형 형성 공정의 결과이다. 통상, 유동 충돌 요소(55)를 성형하고 주형으로부터 유동판(52, 54)을 제거하는 능력을 유지하기 위해, 리브가 기부(박막에 가장 가까운 영역)에서 비교적 두꺼운 단면을 가지며 그 후에 테이퍼지는 것이 필요하 다. 통상, 두꺼운 리브는 성능(산소 제거 속도)을 감소시키고, 기부 세그먼트 또는 "발"은 산소 제거 성능을 감소시키지만 압력 강하를 감소시키는 이점을 갖는다. 통상, 유동 충돌 요소(55)의 형상은 대부분 제조 요건에 의해 결정되지만, 기부로부터의 두께는 성능 요건에 의해 결정된다. 다른 모든 것이 동일하면, "발"이 없는 직선 리브가 양호하다.

직선 선형 형상(도6a), 선형 단차 형상(도6b), 단차식 삼각형 형상(도6c)과 같은 대안적인 형상이 본 발명에서 이용될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 통상, 비교적 두꺼운 유동 충돌 요소가 산소 제거(더 많은 박막 표면이 덮임) 및 높은 압력 손실(유동은 좁은 갭들 사이에서 "압착"됨)의 관점에서 열악한 성능을 갖는다는 것이 이해되어야 한다.

가장 양호하게는, 기부 세그먼트(60)와 선단 세그먼트(58) 사이의 유동 충돌 요소(55)의 상류측은 사출 성형에 의한 제조를 용이하게 하도록 라운딩된다 (도4). 대략 0.068 인치의 연료 채널 높이에 대해, 기부 두께는 양호하게는 대략 0.027 인치이고, 선단 두께는 양호하게는 대략 0.015 인치이다(도5b).

유동 충돌 요소(55)의 전체 높이는 양호하게는 0.5H보다 더 크고, 여기서 H는 연료 채널의 높이이다. 가장 양호하게는, 유동 충돌 요소(55)는 각각의 유동 충돌 요소(55)가 선단 세그먼트(58)의 말단부와 산소 투과성 박막(36) 사이에 비교적 작은 공칭 채널 개구를 한정하도록, 각각 대략 0.75H이다.

양호한 실시예에서, 각각의 유동 채널 요소(55)는 대략 0.125 인치의 간격만큼 다음의 유동 충돌 요소(55)로부터 분리된다. 특히, 유동 충돌 요소(55)가 연료 채널(38) 내로 깊숙이 연장되므로, 유동 충돌 요소(55)들은 제1 유동판(52)으로부터의 유동 충돌 요소(55)가 제2의 인접한 유동판(54)으로부터의 유동 충돌 요소(55)와 상호 삽입되도록, 교대된다(도5b).

유동 충돌 요소(55)는 양호하게는 산소 투과성 박막(36)에 바로 인접하여 위치된다. 즉, 기부 세그먼트(60)와 박막(36) 사이에 갭이 존재하지 않는다. 다양한 갭 간격 및 연료 유선이 도7에 도시되어 있다. 통상, 갭 크기가 증가함에 따라, 갭이 없는 경우에 존재했던 유동 재순환 구역은 크기가 감소되거나 제거된다. 유동은 비교적 큰 갭이 있는 경우에 대해 산소 투과성 박막(36)을 따라 본질적으로 차단되지 않는 방식으로 진행한다. 산소 투과성 박막(36)에 인접한 경계층의 주기적인 차단은 물질 전달 속도를 증가시키기 위해 중요하고, 유동 충돌 요소(55)와 산소 투과성 박막(36) 사이의 비교적 밀접한 간격의 접촉이 양호하다. 그러나, 출원인은 0.003 인치보다 작은 갭이 허용 가능하다고 결정했다. 또한, 기부 세그먼트(60)는 양호하게는 유동판 조립체(44)로 조립될 때 비교적 정교한 산소 투과성 박막(36)에 대한 손상의 가능성을 최소화하기 위해 라운딩을 포함한다.

본원에 개시된 유동 충돌 요소(55)는 양호하게는 연료 채널(38)마다 0.36 ft/s의 연료 속도에서 대략 209 pph의 연료 유속을 갖는 탈산소 시스템(14)에 대해 이용된다. 설계 유속이 시간당 1250 파운드의 연료이지만, 이 개념은 일반적인 적용이라는 것이 이해되어야 한다. 이러한 수단을 사용하여, 더욱 효율적인 성능의 FSU가 동일한 양의 연료를 처리하기 위해 더 작은 체적을 요구한다. 더 작은 체적의 FSU는 더 가벼울 것이다.

상기 설명은 제한적이기보다는 예시적이다. 본 발명의 많은 변형 및 변경이 상기 개시 내용에 비추어 가능하다. 본 발명의 양호한 실시예가 개시되었지만, 당업자는 몇몇 변형이 본 발명의 범주 내에 든다는 것을 인식한다. 그러므로, 첨부된 청구범위의 범주 내에서, 본 발명은 구체적으로 설명된 것과 달리 실시될 수 있다. 그러한 이유로, 다음의 청구범위가 본 발명의 범주 및 내용을 결정하기 위해 연구되어야 한다.

본 발명에 따르면, 연료 유동 압력 강하를 최소화하면서 탈산소화를 증가시키는 크기 및 중량이 효율적인, 탄화수소 연료의 탈산소 시스템이 제공된다.

Claims

액체 탈기 시스템이며,

기체 수용 채널과,

유체 채널과,

상기 유체 채널 및 상기 기체 수용 채널과 연통하는 기체 투과성 박막과,

상기 유체 채널 내로 연장되는 복수의 유동 충돌 요소를 포함하는 시스템.
제1항에 있어서, 상기 복수의 유동 충돌 요소는 상기 유체 채널 내에서 유체 유동 방향 내로 향하는 단차형 표면을 포함하는 시스템.
제2항에 있어서, 상기 단차형 표면은 상기 기체 투과성 박막에 인접한 기부 세그먼트를 제2 두께의 선단 세그먼트와 혼합하는 라운딩된 표면이고, 상기 제2 두께는 제1 두께보다 더 작은 시스템.
제3항에 있어서, 상기 기부 세그먼트는 상기 기체 투과성 박막과 접촉하는 시스템.
제1항에 있어서, 상기 복수의 유동 충돌 요소는 각각 0.5H보다 더 큰 높이로 연장되고, 여기서 H는 상기 유체 채널의 높이인 시스템.
제1항에 있어서, 상기 복수의 유동 충돌 요소는 각각 0.65H보다 더 높은 높이로 연장되고, 여기서 H는 상기 유체 채널의 높이인 시스템.
제1항에 있어서, 상기 복수의 유동 충돌 요소 각각은 대체로 계단형 단면 형상을 한정하는 시스템.
제1항에 있어서, 상기 복수의 유동 충돌 요소는 제1 유동판으로부터 연장되는 복수의 제1 유동 충돌 요소와, 제2 유동판으로부터 연장되는 복수의 제2 유동 충돌 요소를 포함하고, 상기 제1 유동판은 상기 제2 유동판에 인접하게 장착되어 상기 연료 채널을 한정하는 시스템.
연료 시스템이며,

복수의 제1 유동 충돌 요소를 한정하는 제1 유동판과,

복수의 제2 유동 충돌 요소를 한정하는 제2 유동판을 포함하고,

상기 제1 유동판은 상기 제2 유동판에 인접하게 장착되어 연료 채널을 한정하고, 상기 복수의 제1 유동 충돌 요소 각각과 상기 복수의 제2 유동 충돌 요소 각각은 0.5H보다 더 큰 높이로 연장되고, 여기서 H는 상기 연료 채널의 높이인 연료 시스템.
제9항에 있어서, 상기 연료 채널에 대향하여 제1 산소 수용 채널을 한정하도록 상기 제1 유동판에 인접하게 장착되는 제1 산소 투과성 박막을 더 포함하는 연료 시스템.
제10항에 있어서, 상기 복수의 제1 유동 충돌 요소는 상기 제1 산소 투과성 박막과 접촉하는 연료 시스템.
제10항에 있어서, 상기 연료 채널에 대향하여 제2 산소 수용 채널을 한정하도록 상기 제2 유동판에 인접하게 장착되는 제2 산소 투과성 박막을 더 포함하는 연료 시스템.
제12항에 있어서, 상기 복수의 제2 유동 충돌 요소는 상기 제2 산소 투과성 박막과 접촉하는 연료 시스템.
제12항에 있어서, 상기 복수의 제1 유동 충돌 요소 각각과 상기 복수의 제2 유동 충돌 요소 각각은 각각 연료 유동을 상기 각각의 제1 산소 투과성 박막 및 상기 제2 산소 투과성 박막을 향해 유도하여 구불구불한 유동 경로를 제공하는 연료 시스템.
제14항에 있어서, 상기 복수의 제1 유동 충돌 요소 각각은 상기 복수의 제2 유동 충돌 요소 각각과 상호 삽입된 배열로 배열되는 연료 시스템.
제9항에 있어서, 상기 복수의 제1 유동 충돌 요소는 상기 연료 채널의 제1 측면 상에 배열되고, 상기 복수의 제2 유동 충돌 요소는 상기 제1 측면에 대향한 상기 연료 채널의 제2 측면 상에 배열되고, 상기 복수의 제1 유동 충돌 요소 및 상기 복수의 제2 유동 충돌 요소는 연료 유동 방향에 대해 횡방향으로 배열되는 연료 시스템.
연료 시스템 내로부터 용존 산소를 감소시키는 방법이며,

(1) 용존 산소를 함유하는 액체 연료 유동을 갖는 연료 채널에 인접하여 산소 투과성 박막을 위치시키는 단계와,

(2) 연료 채널 내에 위치된 복수의 유동 충돌 요소에 의해 액체 연료 유동의 중심부로부터 산소 투과성 박막 표면으로의 산소의 전달을 향상시키는 단계를 포함하는 방법.
제17항에 있어서, 상기 단계 (2)는,

(a) 복수의 유동 충돌 요소의 하류측 상에서 와류를 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
제17항에 있어서, 상기 단계 (2)는,

(a) 복수의 유동 충돌 요소에 의해 연료 유동을 산소 투과성 박막에 대해 수직인 방향으로 유도하는 단계를 더 포함하는 방법.
제17항에 있어서, 상기 단계 (1)은,

각각의 연료 채널 내에서 층류 속도로 액체 연료 유동을 전달하는 단계를 더 포함하는 방법.