KR20130109995A

KR20130109995A - 가연성 감소를 위한 연료 증기 제거 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20130109995A
Application number: KR1020130002987A
Authority: KR
Inventors: 굽타 알랜카
Original assignee: 더 보잉 컴파니
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2013-01-10
Publication date: 2013-10-08
Also published as: EP2644507B1; CN103362695A; JP6246476B2; CA2801180A1; ES2687961T3; EP2644507A3; JP2013204589A; US20130255493A1; EP2644507A2; KR101970590B1; AU2012268924A1; US8808428B2; CN103362695B; CA2801180C; AU2012268924B2

Abstract

연료 증기 제거 방법은, 운송수단의 연료 탱크의 얼리지로부터 연료 증기를 제거하는 것과, 운송수단 상의 흡착 매체 상에서 얼리지로부터 제거된 연료 증기를 흡착하는 것, 및 운송수단 상에 있는 동안 흡착 매체로부터 연료 증기를 탈착하는 것을 포함한다. 연료 증기 제거 방법은, 얼리지에 부가된 공기를 이용하여 연료 탱크의 얼리지로부터 연료 증기를 정화하는 것과, 공기 정화를 이용하여 얼리지의 연료-공기 비를 감소시키는 것, 및 흡착 매체 상에서 정화된 연료 증기를 흡착하는 것을 포함한다. 연료 증기 제거 시스템은, 얼리지를 갖춘 연료 탱크와, 얼리지 및 얼리지 정화 시스템에 유체공학적으로 연결된 연료 증기 흡착 매체를 포함하는 흡착 시스템, 및 콘트롤러를 포함한다. 콘트롤러는, 가연성 결정 시스템을 포함하고, 얼리지가 가연성을 나타내기 전에 흡착 매체 상에서 얼리지로부터 정화 시스템에 의해 연료 증기 제거를 시작하도록 구성된다.

Description

가연성 감소를 위한 연료 증기 제거 방법 및 시스템{Fuel Vapor Removal Methods and Systems for Flammability Reduction}

본 실시예는 항공기 등을 위한 연료 증기 제거 방법 및 시스템에 관한 것이다.

연료 탱크의 맥락에서, "불활성(inerting)"은 연료 탱크 비-가연성(fuel tank non-flammable)에서 얼리지(ullage)를 만드는 공정으로 언급될 수 있다. FAA(Federal Aviation Administration)는 일련의 연료 탱크가 1990년과 2001년 사이에 폭발한 후 항공기 연료 탱크 안전성을 재고하였다. NTSB(National Transport Safety Board)는 1997년에 "가장 요구되는" 운송 안전성 리스트("Most Wanted" Transportation Safety list)에 가장 중요한 항목으로서 "운송 범주 항공기에서의 연료 탱크의 폭발성 혼합물 (Explosive Mixture in Fuel tanks in Transport Category Aircrafts)"을 부가하였다.

몇몇 알려진 연료 탱크는 액체 연료를 수용하는 영역과, 종종 증발된 연료(예컨대, 연료 증기(fuel vapor))를 수용하는 얼리지 영역(ullage region)을 갖는다. 공기가 존재함에 따라, 혼합물(mixture)은 얼리지 내에서 연료-공기 비를 나타낼 수 있고, 점화는 얼리지의 연료-공기 비가 소정 범위 내에 놓여질 때 야기될 수 있다. 가연성 하한(lower flammability limit)은 연료-공기 비가 점화하기에는 너무 불충분한 임계(threshold) 이하로서 정의된다. 마찬가지로, 가연성 상한(upper flammability limit)은 연료-공기 비가 점화하기에 너무 풍부한 임계 이상으로서 정의된다. 가연성 하한과 가연성 상한간의 연료-공기 비는 가연성(flammable)으로 칭해진다.

해수면에서의 100℉ 이하의 온도에서, Jet A 연료를 위한 얼리지 연료-공기 비는 일반적으로 가연성 하한 아래에 놓인다. 그러나, 가연성 하한을 초과하는 결과를 초래할 수 있는 알려진 상태들이 존재한다. 하나의 예는 연료-탱크 온도가 실질적으로 감소하기 전의 짧은 시간에 항공기가 높은 고도에 도달할 때와 같은, 이륙 후 탱크 얼리지 압력의 급격한 감소를 포함한다.

FAA 규정은 새롭고 운행 중인 운송 항공기가 항공기 연료 탱크의 안전성을 증강시키기 위한 시스템을 포함하는 것을 요구한다. 하나의 알려진 시스템은, 얼리지에서의 산소 농도를 감소시키기 위해, 질소(nitrogen)와 같은, 불활성 가스(inert gas)를 이용한다. 이러한 시스템은 고가이고, 복잡하며, 항공기의 중량을 증가시킨다. 다른 알려진 시스템은 연료 증기를 응축해 내고, 가연성 한계 보다 상당히 더 낮은, 비교적 낮은 연료-공기 비로 연료 탱크 얼리지를 유지하도록 얼리지 혼합물을 냉각시킨다. 이는 연료 탱크의 가연성을 감소시키기 위한 방법 및 시스템을 개선하는 것이 가능하다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, 가연성 감소를 위한 연료 증기 제거 방법 및 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

실시예에 있어서, 연료 증기 제거 방법은 운송수단의 연료 탱크의 얼리지로부터 연료 증기를 제거하는 것(removing)과, 운송수단 상의 흡수 매체(adsorption media) 상에서 얼리지로부터 제거된 연료 증기를 흡착하는 것(adsorbing), 및 운송수단에 있는 동안 흡착 매체로부터 연료 증기를 탈착(desorbing)하는 것을 포함한다.

다른 실시예에 있어서, 연료 증기 제거 방법은 얼리지에 부가된 공기를 이용해서 연료 탱크의 얼리지로부터 연료 증기를 정화(purging)하고, 공기 정화를 이용해서 얼리지의 연료-공기 비를 감소(reducing)시키며, 흡수 매체 상에서 정화된 연료 증기를 흡수(adsorbing)하는 것을 포함한다.

또 다른 실시예에 있어서, 연료 증기 제거 시스템은 얼리지를 갖춘 연료 탱크, 얼리지 및 얼리지 정화 시스템에 유체공학적으로 연결된 연료 증기 흡수 매체를 포함하는 흡착 시스템, 및 콘트롤러를 포함한다. 콘트롤러는 가연성 결정 시스템(flammability determination system)을 포함하고, 얼리지가 가연성을 나타내기 전에 흡수 매체 상에서 얼리지로부터 정화 시스템에 의해 연료 증기 제거를 시작하도록 구성된다.

도 1 및 도 2는 2가지 실시예에 따른 연료 증기 제거 시스템의 개요도이다.
도 3 내지 도 7은 더욱 상세하게 도시된 도 2 시스템의 몇몇 구성요소의 개요도이다.

여기서 설명된 실시예는 연료 탱크로부터 방출(discharge)되는 연료 증기를 감소시킬 수 있다. 또한, 실시예는 점화 소스(ignition sources)와 비-반응(non-reactive)하는 연료 탱크 얼리지를 만들 수 있는 바, 예컨대, 불활성(inert), 또는, 즉 점화 소스에 의해 자극될 때 불꽃(flame)의 한계 구조를 만들 수 있다.

실시예는 연료 탱크 공급(주입)(fuel tank servicing)(채움(filling)) 동안 연료 탱크로부터 방출되는 연료 증기를 감소시킬 수 있다. 연료 탱크를 채우는 동안 연료 탱크 배출구(vent)를 통한 연료 탱크의 배출되어 나가는 연료 증기의 몇몇은 연료 증기 흡착 매체, 또는 활성탄(activated charcoal)과 같은, 흡착제(adsorbent)에서 흡착될 수 있다.

실시예는 예방 시스템(preventive system)으로 얼리지 연료-공기 비를 감소시키는 것에 의해 연료 탱크 얼리지 가연성을 감소시킬 수 있다. 가연성 연료 탱크 얼리지(flammable fuel tank ullage)는 상당하게 가연성 하한(또는, 연소 임계(combustion threshold))의 이하로 얼리지 연료-공기 비를 감소시키는 것에 의해 점화 소스(예컨대, 불활성)와 비-반응으로 되게 할 수 있다. 시스템은 외부(주변) 공기로 연료 탱크 얼리지를 정화할 수 있다. 정화된 연료 증기는 흡착제에 의해 흡착될 수 있다.

실시예는 탑재된 흡착제를 탈착(desorb)(또는 재활성화(reactivate))할 수 있다. 방출된 연료 증기는:

(a) 액체 연료로 응축되어 연료 탱크로 되돌아가고, 또는

(b) 연소/파괴를 위해 추진 엔진(propulsive engine)으로 도관을 통해 보내지고(ducted), 또는

(c) 바깥으로 배출될 수 있다.

실시예는, 입자(particles)와 같은, 물질(substance)의 표면 상으로 화학 종(chemical species)의 부착을 포함할 수 있는, 흡착(adsorption)의 공정을 이용한다. 흡착은 물질이 단지 액체 또는 고체로 확산되는 흡수(absorption)와는 다르다. 활성탄과 같은, 다양한 흡착 재료가 실시예에서 이용될 수 있다. 활성탄은 연료 증기를 흡착하는데 이용하기 위해 알려져 있다.

실시예는 연료 탱크가 주유되고 있을 때 흡입 펌프(suction pump)를 이용해서 얼리지 혼합물을 빼낼 수 있다. 빼내어진 얼리지 혼합물은 연료 증기를 흡착하고 낮은 연료 증기 내용물의 공기를 배출하는 흡착제를 통해 전달(channeled)될 수 있다. 현재, 얼리지 혼합물은 연료가 연료 탱크에 부가됨에 따라 주변으로 연료-탱크 배출구를 통해 연료 탱크의 외부로 강제로 나간다. 연료 증기는 악취를 풍기고(malodorous) 방출되는 몇몇 구성요소는 발암성(carcinogenic)으로 주장되고 있다. 연료 증기는 사람 및 환경에 대해 위험한 것으로 고려된다. 자동차 및 주유소는 이러한 이유에 대해 연료 증기 복구 시스템(fuel vapor recovery systems)을 갖는다. 항공기 산업은 연간 수십억 갤런의 연료를 사용하고 얼리지 혼합물의 수십억 입방 피트는 연료 탱크 주입 기간 동안 외부 주위으로 배출된다.

실시예는 얼리지 연료-공기 비를 감소시키도록 얼리지로부터 연료 증기를 제거하기 위해 얼리지 정화를 이용할 수 있다. 연료 탱크의 주도적 정화는 연료 탱크가 가연성으로 되는 경우의 발생을 감소시킬 수 있다. 정화 공정의 시작은 원하는 연료 온도(또는 연료-공기 비, 그들이 얼리지 포화에 관련됨에 따라)에서 선택될 수 있다.

연료 탱크는 연료 온도(T_fuel)가 가연성 하한 온도(T_lfl)와 동등하거나 이상일 때 가연성으로 되는 경향이 있다. 실시예에 있어서, 얼리지의 정화는 가연성 하한 온도 보다 더 낮은 연료 온도(여기서는 T_start로 칭함)에서 시작할 수 있고, 시작 온도 T_start 이하의 연료 온도(여기서는 T_stop로 칭함)에서 정지될 수 있다. 이는 점화 소스와 비-반응하는, 예컨대 불활성(inert)인 비-가연성 얼리지 혼합물을 보증한다. 연료 탱크 온도가 T_lfl 보다 이미 더 큰 (예컨대, 연료 탱크가 가연성인) 경우, 정화의 시작은 가연성 얼리지 혼합물을 제거하고 주변 공기로 얼리지를 희석하며, 따라서 점진적으로 얼리지 가연성을 감소시켜 그를 불활성으로 되게 한다.

정화 시작 온도(T_start) 및 정지 온도(T_stop)는, 연료 탱크가 배출되면, 연료 탱크 압력(P_fuel) 또는 주변 압력(P_amb)을 이용해서 결정될 수 있다. T_start 및 T_stop를 결정하기 위한 방법은 시스템 콘트롤러에 상주할 수 있다. 콘트롤러는 또한 연료-탱크 정화 기능을 시작하고 차단하기 위한 로직을 포함할 수 있다. 얼리지 정화는 흡착제를 통해 얼리지 혼합물을 빼내고 낮은 연료 내용물의 공기를 밖으로 방출하는 흡입 펌프를 이용해서 달성될 수 있다. 외부 공기는 연료 탱크 배출구 및/또는 빼내어진 얼리지 혼합물에 의해 비워진 공간을 점유하는 유사한 기능의 다른 개구를 통해 연료 탱크로 들어갈 수 있다.

흡착제의 재활성화(reactivation)는 연료 탱크가 불활성일 때 야기될 수 있다. 연료 탱크는 연료 온도(T_fuel)가 가연성 하한 온도, T_lfl 보다 상당히 더 낮을 때 높은 고도에서 일반적으로 불활성이다. 시스템 로직은 먼저 연료 온도(T_fuel)와 관련되는 정화 시스템 시작 온도(T_start)를 비교하는 것에 의해 얼리지가 불활성임을 확인한다. 불활성 상태의 확인에 따라, 외부 공기 압력(P_amb)이 선택된 설계된 압력(P_r) 이하이면 재활성화 시스템이 동작한다. 배출된 연료 탱크의 경우에 있어서, P_amb는 P_fuel와 동등하고 이는 결정 팩터(determining factor)로서 이용될 수 있다.

재활성화 공정 동안, 따뜻한 공기는 흡착된 연료 증기의 방출 및 제거를 용이하게 하도록 흡착제를 통해 강제되어질 수 있다. 얼리지 가연성은 재활성화 공정 동안 주기적으로 또는 연속적으로 점검될 수 있다. 재활성화 공정은 중지될 수 있고 T_fuel이 관련되는 T_start를 초과하면(예컨대, 얼리지 비-불활성을 만드는데 도움이 되는 조건이 직면되면) 정화 공정이 활성화된다. 재활성화 공정을 위한 조건이 존재할 때 재활성화 공정이 자동적으로 시작될 수 있다. 재활성화 공정은 P_amb 또는 P_fuel이 P_r 보다 더 크게 될 때까지 연속적으로 동작할 수 있다. 높은 고도(또는 낮은 압력)에서의 탈착(desorption)은 "압력 스윙 탈착(pressure swing desorption)" 원리를 이용할 수 있다. 압력 스윙 탈착에 있어서, 흡착제의 절대 압력을 줄이는 것은 흡착제의 작업 능력의 탈착 및 복구(restoration)를 용이하게 한다. 탈착된 연료는 따뜻한 재활성화 공기에 의해 흡착제로부터 흽쓸리게(swept) 될 수 있다.

탈착 시스템(desorption system)으로부터의 연료 증기가 풍부한 공기는,

(a) 연소/파괴를 위한 추진 엔진(들), 또는

(b) (아마도 외부 공기를 이용해서) 냉각시키고, 연료 분무 분리기(fuel mist separator)의 응축된 연료 증기를 분리시키며, 연료 탱크로 응축된 연료를 되돌려 보내고, 바깥으로 적은 탄화수소 내용물의 공기를 배출하기 위한 열-교환기(heat-exchanger), 또는

(c) 비행하는 동안 바깥으로 배출하기 위한 방출 포트,

로 보내는 것에 의해 부가적으로 운반될 수 있다.

실시예의 이점은 연료 탱크 주입 동안 외부 주위로 연료 증기의 방출을 감소시키는 것을 포함할 수 있다. 현재, 비행기 연료 탱크의 주입 동안 연료 증기의 배출을 금지하는 규정은 없다. 그러나, 이러한 규정은 자동차 및 주유소(service stations)에 대해 존재한다. 어느 정도 이는 연료 증기 방출을 감소시키는 것에 대해 권장할 만하고, 이전의 문단에서 옵션 (a) 및 (b)는 그렇게 하기 위한 비용 효과적 방법을 제공할 수 있다. 또한, 옵션 (c)는 높은 고도에서 넓은 영역에 걸쳐 연료 증기를 분산시키는 것에 의해 국소적 방출을 감소시킨다.

다른 이점은 불활성 가스의 이용 없이 연료 탱크를 불활성으로 하는 방법을 포함한다. 연료 탱크의 정화는 부족한 연료-공기 혼합물(lean fuel-air mixtures)이 점화되지 않는다는 사실을 토대로 하는 효과적인 방법이다. Jet A 연료의 연소를 위한 임계 연료-공기 비는 해수면으로부터 45,000 피트까지의 고도에 대해 약 0.03이다. 이 연료-공기 비는, 35,000 피트 고도에서 약 60℉로 선형으로 감소되는, 해수면에서 약 105℉의 온도에서 연료 증기가 포화된 얼리지에서 야기될 수 있다. 실시예에 있어서, 얼리지 정화를 시작하고 높은 안전성 팩터를 제공하도록 약 0.02의 포화된 연료-공기 비(saturated fuel-air ratio)에 대응하는 연료 온도를 선택할 수 있다. 연료 온도를 선택하기 위한 다른 기준이 대신 이용될 수 있다. 0.02의 포화된 연료-공기 비는 대략 해수면에서 85℉와 35,000피트에서 45℉의 T_start에 대응한다. 여기서의 시스템 및 방법은 연료 온도가 더 높거나 연료 탱크가 가열되어 가연성으로 되는 것으로부터 연료 탱크를 방지할 때에도 상당하게 0.02 이하의 연료-탱크 얼리지 연료-공기 비를 유지할 수 있다. 연료 탱크가 정화 공정의 시작에서 가연성인 경우에, 시스템은 얼리지 가연성을 감소시켜 불활성으로 되게 할 수 있다.

다른 이점은 동작되는 엔진과 함께 또는 없이 연료 탱크를 불활성으로 하는 것을 포함한다. 불활성으로 하기 위한 알려진 NGS(nitrogen gas systems)는 고압 공기가 이용가능하게 될 때까지는 이용될 수 없다. 이는 OBIGGS(on-board inert gas generating system)를 서비스하는데 엔진을 동작시키는 것을 요구할 수 있다. 실시예는 NGS에 의해 요구된 파워의 작은 부분을 이용한다. 실시예는, 질식 위험(asphyxiation hazard)을 제공하는, NEA(nitrogen-enriched air)를 발생시키지 않는다. 또한, 실시예는, 화재 위험을 제공하는, OEA(oxygen-enriched air)를 발생시키지 않는다. 더욱이, 실시예는 연료 탱크에 공급된 NEA의 각 입방 피트(cubic feet)에 대해 탄화수소가 실려진 얼리지 혼합물(hydrocarbon laden ullage mixture)의 1입방 피트를 방출하지는 않는다. 대신, 실시예는 연료 탱크를 불활성으로 하는 극히 안전한 방법 및 시스템을 제공한다.

또 다른 이점은 NGS에 의해 이용되는, 예컨대 HFM(hollow fiber membrane), 고효율 공기 필터, 오존 변환기(ozone converter), 터보-컴퓨레셔(turbo-compressor), 산소 센서(oxygen sensor) 등을 포함하는 ASM(air separation module)과 같은, 고가의 구성요소 없이 연료 탱크를 불활성으로 하는 것을 포함한다. 실시예는 오직 하나의 이동 부품(moving part), 송풍기(blower)로 구성될 수 있는 바; 원래의 위치에서, 용이하게 대체할 수 있는 높은 신뢰성의 간단한 구성요소이고, 따라서 시스템 이용가능성을 증강시킨다. NGS를 유지하는 복잡성은 MEL(Minimum Equipment List) 요구로부터 10∼20일 교체, 또는 동작에 대해 허용되어지는 항공기를 위해 기능되어야만 하는 최소 구성요소를 요구한다. 10∼20일 교체(relief)는 항공기가 고장난 NGS로 10∼20일 동안 동작할 수 있음을 의미한다. 이는 NGS에 대한 목적을 좌절시킨다.

또 다른 이점은 예비 부품, 감소된 유지보수 비용, 낮은 재발, 및 비-재발 비용에 대한 감소된 필요성과, 연료 탱크를 진정으로 불활성으로 하는 방법을 포함한다. FAA 요구에 대해 설계된 NGS는 모든 예견될 수 있는 상태 하에서 연료 탱크를 불활성으로 하지는 않는다. NGS 설계 요구(연방 규정(Federal Regulations)의 14 Code의 Appendix N, 파트 25)는 얼리지가 점화 소스에 노출될 때 불꽃(flame)의 형성을 방지하는 것을 기초로 하지는 않는다. 대신, 설계 요구는 전형적 항공기 연료 탱크와 유사성이 없음을 산출하는 9.0 입방 피트(cubic feet) 테스트 연료 탱크 상에 설치된 100 평방 인치의 호일 격막(foil diaphragm)을 파열시키는데 필요한 내부 압력(또는 힘)의 개발을 기초로 한다. 몇몇 환경 하에서 연료 탱크를 불활성으로 할 수 있는 한편, NGS 설계를 위한 이러한 설계 명세는 모든 예견할 수 있는 동작 상태 동안 얼리지를 불활성(비-가연성)으로 보증하지는 않는다.

마르티노프(Martinov)에 대해 발행된 US 특허 No. 6,343,465에 개시된 다른 알려진 시스템은 얼리지로부터 항공기 엔진으로 연료 연무-증기(fuel fume-vapors)를 도관을 통해 보내는 것을 포함한다. 비교에 있어서, 여기에서의 몇몇 실시예는 동작 엔진이나 동작을 위한 APU(Auxiliary Power Unit)를 요구하지 않는다. 성능(얼리지 혼합물 제거율)은 엔진 파워와 독립적일 수 있다. 실시예는 얼리지 가연성을 감소시키거나 그라운드 전력(ground electrical power)을 이용해서 엔진 시작 전에 얼리지를 불활성으로 되게 하는데 이용될 수 있다.

실시예에 있어서, 연료 증기 제거 방법은, 운송수단의 연료 탱크의 얼리지로부터 연료 증기를 제거하는 것(removing)과, 얼리지로부터 제거된 연료 증기를 운송수단의 흡착 매체 상에서 흡착하는 것(adsorbing), 및 운송수단에 있는 동안 흡착 매체로부터 연료 증기를 탈착하는 것(desorbing)을 포함한다.

예컨대, 방법은 얼리지로부터 연료 증기의 제거 전에 얼리지가 가연성에 접근함을 결정하는 것을 더 포함할 수 있다. 운송수단은 항공기를 포함할 수 있고, 연료 증기의 탈착은 항공기가 비행 중인 동안 야기될 수 있다. 방법은 항공기가 비행 중이거나 항공기의 추진 엔진에서 탈착된 연료 증기를 태우는(burning) 동안 바깥으로 탈착된 연료 증기를 배출하는 것을 더 포함할 수 있다. 대신, 방법은 탈착된 연료 증기를 응축하고 연료 탱크로 응축된 연료를 되돌려 보내는 것을 더 포함할 수 있다.

연료 증기의 제거는 얼리지에 부가된 공기로 얼리지를 정화하는 것을 더 포함할 수 있고, 방법은 공기 정화를 이용해서 얼리지의 연료-공기 비를 감소시키는 것을 더 포함할 수 있다. 감소된 연료-공기 비는 가연성 한계 이하로 될 수 있다. 부가된 공기는 항공기 외부로부터 또는 탑재된 소스로부터 될 수 있다. 부가된 공기는 조절될 수 있다.

연료 증기의 탈착은 얼리지에서의 연료-공기 비가 가연성 한계 이하인 동안 야기될 수 있다. 흡착 매체는 활성화된 카본(activated carbon)을 포함할 수 있고, 연료 증기의 탈착은 활성화된 카본을 재활성화하는 것을 포함할 수 있다. 흡착 매체는 활성화된 카본과는 다른 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 흡착 매체는 여기서 설명된 목적을 위해 적절한 흡착 특정을 나타내는 것으로서 특징지워질 수 있다. 많은 재료가 연료 증기를 잠재적으로 흡착할 수 있는 한편, 충분하게 높은 표면 영역에 따라 도움이 될 것이다. 종종, 알려진 연료 증기 흡착 적용을 위해 고려된 매체는 그 흡착 성능에 의해 이러한 목적을 위해 평가된다. 이러한 매체는 여기서 실시예를 위해 적절하게 될 수 있다. 흡착 매체는 탈착이 시작되기 전에 흡착의 결론에서 제1 온도를 나타낼 수 있다. 연료 증기의 탈착은 매체를 통해 공기를 흐르게 하는 것을 포함하고, 흐르게 된 공기는 제1 온도 보다 더 높은 제2 온도를 나타내고 매체는 14.7 psi(pounds per square inch) 이하의 압력에 있게 된다.

다른 실시예에 있어서, 연료 증기 제거 방법은 얼리지에 부가된 공기를 이용해서 연료 탱크의 얼리지로부터 연료 증기를 정화하는 것(purging)과, 공기 정화를 이용해서 얼리지의 연료-공기 비를 감소시키는 것(reducing), 및 정화된 연료 증기를 흡착 매체 상에서 흡착하는 것(adsorbing)을 포함한다.

예컨대, 연료 탱크 및 흡착 매체는 항공기 상에 있을 수 있다. 감소된 연료-공기 비는 가연성 하한 이하로 될 수 있다. 방법은 연료-공기 비가 가연성 하한 이하인 동안 흡착 매체로부터 연료 증기를 탈착하는 것을 더 포함할 수 있다. 흡착 매체는 탈착이 시작되기 전에 흡착의 결론에서 제1 온도를 나타낼 수 있다. 연료 증기의 탈착은 매체를 통해 공기를 흐르게 하는 것을 포함할 수 있고, 흐르게 된 공기는 제1 온도 보다 더 높은 제2 온도를 나타내고 매체는 14.7 psi 이하의 압력에 있게 된다. 연료 탱크 및 흡착 매체는 항공기 상에 있을 수 있다. 또한, 연료 증기의 탈착은 항공기가 비행 중인 동안 야기될 수 있다. 더욱이, 흐르게 된 공기는 주변 공기 및/또는 소비된 램 공기(spent ram air)를 포함할 수 있고, 그들 중 어느 하나는 항공기가 비행 중인 동안 14.7 psi 이하로 될 수도 있다. 그러나, 공급됨에 따른 흐르게 된 공기는 14.7 psi 또는 그 이상의 압력을 나타낼 수 있지만, 압력 강하를 초래함에 따라 흐르게 된 공기(flowed air)가 흡착기(예컨대, 흡착기(53))에서 팽창될 때 여전히 14.7 psi 이하의 매체 압력을 허용한다.

다른 실시예에 있어서, 연료 증기 제거 시스템은 얼리지를 갖춘 연료 탱크와, 얼리지 및 얼리지 정화 시스템에 유체공학적으로 연결된 연료 증기 흡착 매체를 포함하는 흡착 시스템, 및 콘트롤러를 포함한다. 콘트롤러는 가연성 결정 시스템을 포함하고, 얼리지가 가연성을 나타내기 전에 흡착 매체 상에서 얼리지로부터 정화 시스템에 의해 연료 증기 제거를 시작하도록 구성된다.

예컨대, 시스템은 운송수단을 더 포함할 수 있고, 여기서 연료 탱크는 운송수단의 연료 탱크이고 흡착 매체는 운송수단 상에 존재한다. 운송수단은 항공기를 포함할 수 있다. 흡착 시스템은 흡착 및 탈착 시스템일 수 있다. 따라서, 이는 연료 증기 탈착 시스템을 더 포함할 수 있고, 콘트롤러는 정화 시스템에 의해 연료 증기 제거를 중지하고 얼리지가 비가연성인 동안 탈착 시스템에 의해 연료 증기 탈착을 시작하도록 더 구성된다. 탈착 시스템은 공기 송풍기(air blower) 및 흡착 매체에 유체공학적으로 연결된 공기 히터를 포함할 수 있다.

또한, 정화 시스템은 연료 탱크 상의 공기 주입구(air inlet) 및 흡착 매체에 유체공학적으로 연결된 흡입 펌프(suction pump)를 포함할 수 있다. 가연성 결정 시스템은 연료 온도 센서, 연료 탱크 압력 센서, 및 적어도 연료 온도 및 연료 탱크 압력을 이용해서 가연성을 결정하도록 구성된 프로세서를 포함할 수 있다. 흡착 매체는 활성화된 카본을 포함할 수 있다.

다른 특정 예로서, 도 1의 시스템(1)은 얼리지를 갖춘 연료 탱크(100)를 포함한다. 흡착 시스템(5)은 연료 탱크(100)의 얼리지에 도관(51)에 의해 유체공학적으로 연결된 연료 증기 흡착 매체(도시되지 않았음)를 포함한다. 흡착 시스템(5)은 또한 그에 대해 유체공학적으로 연결된 흡착된 연료 증기 정화 시스템(도시되지 않았음)을 포함한다. 시스템(1)은 가연성 결정 시스템을 갖춘 콘트롤러(3)를 포함한다. 콘트롤러(3)는 연료 탱크(100)의 상태를 나타내는 신호(9)를 수신하고 연료 탱크(100)의 얼리지가 가연성을 나타내기 전에 연료 탱크 얼리지 정화를 시작한다. 정화는, 흡착 매체 상에서 얼리지를 정화하는, 흡착 시스템(5)에 신호(7)를 보내는 콘트롤러(3)에 의해 시작된다.

다른 예로서, 도 2의 시스템(10)은, 비행기와 같은, 항공기 상에 있을 수 있고, (도 3에 상세히 설명되는) 제어 및 표시 패널(20), (도 4에 상세히 설명되는) 시스템 콘트롤러(30), (도 3에 상세히 설명되는) 여기서 ADS로 칭해지되는 흡착 및 탈착 시스템(50; adsorption and desorption system), FTS로서 칭해지는 연료-증기 처리 시스템(fuel-vapor treatment system), 및 (도 6에서 상세히 설명되는) 연료 탱크(100)를 포함한다. FTS의 3가지 실시예는: 도 6a의 실시예 A, 70(이하 FTSA)과; 도 6b의 실시예 B, 80(이하 FTSB); 및 도 6c의 실시예 C, 90(이하 FTSC)을 개시한다. 실시예 C는 간단화를 위해 다른 FTS 실시예와 함께 포함되어진다. 그러나, 기술적으로, 흡착기로부터 배출되어 실려진 연료 증기는 실시예 C의 탈착 공정 동안 바깥으로 배출되므로, "처리(treatment)"를 통합하지는 않는다.

도 3은 더욱 상세하게 제어 및 표시 패널(20)을 나타낸다. 패널은 시스템 선택을 위한 수동 스위치(12)를 포함한다. ON 위치에서의 스위치(12)는 ADS(50)(도 5) 및 FTS(도 6a 또는 도 6b 또는 도 6c)의 동작을 관리하도록 시스템 콘트롤러(30)(도 4)에 신호(14)를 제공한다. 시스템(10)의 동작은 완전하게 자동적일 수 있고 요구되는 승무원 행위는 필요로 되지 않는다.

패널(20)은 ADS가 설계 당 동작되지 않을 때 콘트롤러(30)로부터 신호(34)를 수신한다. 신호(34)는 조언, 주의 또는 경고에 대해 이용될 수 있다. 이는 송풍기 표시기(18; blower indicator)를 조명하는데 이용될 수 있다.

패널(20)은 더 많거나 더 적은 표시기를 포함할 수 있고, 예컨대 연료 온도가 부가될 수 있고, 그리고/또는 송풍기 표시기(18)가 제거될 수 있다. 또한, 패널(20)은 배선 시스템(10; hardwiring system)에 의해 삭제될 수 있어, 이는 전력이 항공기 상에서 이용가능할 때 전력을 공급한다. 만약 이용된다면, 패널(20)은 조종실 또는 소정의 다른 적절한 위치에 위치할 수 있다.

시스템 콘트롤러(30)는 도 4에 도시되고 P_fuel를 전송하는 연료 압력 센서(P)로부터 신호(106)를 수신하고 T_fuel를 전송하는 연료 온도 센서(T)로부터 신호(108)를 수신하는 프로세서(32)를 포함한다. 콘트롤러(30)는 또한 연료 호스(fueling hose)가 연료 포트(fueling port)에 연결될 때 신호(44)를 수신한다. 콘트롤러에 의해 수신 및 전송된 다른 신호는 이하 논의된다.

마이크로세서(32)는 패널(20)로부터 신호(14)의 수신에 대한 다수의 기능을 수행한다. 마이크로프로세서(32)는 ADS(50)를 위한 T_start 및 T_stop 온도를 발생시킨다. 이는 이하의 2가지 방법: (a) 마이크로프로세서(32)의 메모리에 저장된 데이터로부터 T_start 및 T_stop를 결정하도록 P_fuel을 이용하는 테이블 룩-업 또는 (b) 마이크로프로세서에 프로그램된 알려진 알고리즘을 이용하는 것 중 하나에 의해 T_start 및 T_stop 온도를 발생시키도록 도 7의 연료 탱크 압력 센서(P)로부터 연료 탱크 압력(P_fuel) 신호(106)를 이용한다. 테이블-룩 업 방법(table-look up method)은 더 큰 이점일 수 있다. 마이크로프로세서(32)에 저장된 데이터는 도 4에 도식적으로 나타낸 형태일 수 있다.

LFL(lower flammability limit; 가연성 하한) 온도, T_lfl는 단지 하나의 예로서 도 4에 도시된다. 가연성 하한과 동등한 연료 온도에서, 얼리지가 연료 증기로 포화(saturate)되도록 허용되면 얼리지는 가연성(비-불활성)으로 될 수 있다. 연료 탱크에 있어서, 연료 온도가 T_lfl 보다 더 클 때, 얼리지 연료-공기 비는 연소 임계(combustion threshold) 보다 더 크게 될 수 있다. Jet A 연료에 대해, 연소 임계 연료-공기 비는 해수면으로부터 약 45,000 피트(feet)까지 약 0.03이다. 가연성 하한 온도는 마이크로프로세서(32)의 메모리에 반드시 저장되지는 않는다. 가연성 하한 온도는 모든 동작 상태 동안 T_start 온도가 T_lfl 보다 더 낮음을 단지 도식적으로 나타내도록 도 4에 도시된다. 이는 연소 임계 보다 더 낮은 연료-공기 비에서 연료 탱크 얼리지 정화의 시작을 확실히 한다. T_lfl와 T_start 간의 차이는 안전 계수(safety factor)이고, 시스템 설계자에 의해 선택될 수 있다.

마이크로프로세서(32)는 신호(44)가 존재할 때 신호(38)를 발생시킨다. 신호(44)는 연료 공급 호스(fuel servicing hose)가 연료 공급 포트(105; fuel servicing port)에 연결됨을 나타낸다(도 7). 수동 온/오프 스위치를 포함하는, 연료 공급 포트(105)에 대한 공급 호스의 연결을 감지하는 소정의 알려진 방법이 이용될 수 있다. 신호(44)의 존재는 연료가 탱크(100)로 퍼올려짐에 따라 연료 탱크(100) 외부로 연료 증기가 방출됨을 나타내는데 이용될 수 있다(도 7). 신호(38)는 흡착 공정이 ADS(50)에서 시작하도록 한다. 신호(38)는 차단 밸브(56; shut-off valve)를 개방하고 송풍기(57)를 동작시키게 한다(도 5). 이는 얼리지(110)에서의 얼리지 혼합물이 송풍기(57)로 도관(51), 체크 밸브(52), 흡착기(53), 및 차단 밸브(56)를 매개로 흐르도록 한다(도 5). 빼내진 얼리지 혼합물에 존재하는 연료 증기는 흡착 매체(54)에 의해 흡착되고 이때 극히 낮은 연료 증기 내용물을 갖는 공기는 방출(58)을 매개로 주위로 배출되어 나간다. 공기가 주변 배출구(104; ambient vent) 및 공기 주입 포트(103; air inlet ports)를 통해 (연료 탱크(100)로 들어가는 연료에 의해 채워지지 않는 빼내어진 얼리지 혼합물 체적을 대체하도록) 연료 탱크(100)로 들어간다(도 7). 공기 주입 포트(103; air inlet ports)는 항공기 상승 동안 그들을 통해 얼리지 혼합물 방출을 감소시키도록 체크 밸브를 통합할 수 있다. 또한, 예컨대 주변 배출구(104)가 단독으로 적절하면, 공기 주입 포트(103)는 제거될 수 있다. 신호(44)의 제거에 따라, 신호(38)는 중지된다. 이는 밸브(56)가 폐쇄되고 송풍기(57)가 동작을 중지하도록 한다.

마이크로프로세서(32)는 T_fuel 및 T_start 온도의 비교 분석을 연속적으로 수행하고 T_fuel이 T_start 보다 더 클 때 신호(38)를 발생시킨다. 신호(38)는 ADS(50) 동작을 시작한다.

마이크로프로세서(32)는, 신호(44)의 존재에 기인하거나(상기 참조) T_fuel>T_start에 기인하여(상기 참조), 신호(38)가 존재할 때 흡착기(53)를 통해 얼리지 혼합물 흐름에 대해 체크한다. 흐름 검증(flow verification)은 송풍기(57) 및 흡착기(53)의 원하는 성능을 확인한다. 검증은 콘트롤러(30)로 신호(60)를 전송하는 차동 압력 변환기(59; differential pressure transducer)(도 5)를 이용해서 수행될 수 있다. 설계 임계(DP_f) 내의 차동 압력 신호(60)는 적절한 송풍기/흡착기 성능을 나타낸다. 신호(60)가 선택된 임계, DP_f 범위 밖일 때, 이는, 송풍기 표시기(18)를 조명하도록, 도 3의 제어 및 표시 패널(20)에 전송된 신호(34)를 발생시킨다. DP_f는 마이크로프로세서(32)의 메모리에 저장된다.

마이크로프로세서(32)는 T_fuel 및 T_stop 온도를 비교하고 T_fuel이 T_stop와 동등하거나 이하일 때 신호(36)를 발생시킨다. 이러한 상태는 연료 탱크 온도(그리고 따라서 얼리지 연료-공기 비)가 원하는 값 이하임을 나타내고 더욱이 연료-탱크 얼리지의 정화가 필요로 되지 않는다. 흡착 공정이 이전에 동작하였다면, 이때 신호(36)는 차단 밸브(56)를 폐쇄하고 송풍기(57)를 비활성화하는 것에 의해 공정을 비활성화시켜 ADS(50)를 통해 흐르는 얼리지 혼합물이 없게 한다.

마이크로프로세서(32)는 신호(40)를 발생시키고 이를 탈착 시스템 시작 파라미터가 만족될 때 탈착 공정을 시작하도록 ADS(50)로 전송한다. 연료 탱크(100)가 불활성(inert)(예컨대, T_fuel≤T_start)이고 외부 공기 압력(P_amb)이 선택된 임계 압력(P_r)과 동등하거나 이하(P_amb≤P_r)일 때 탈착 시스템이 동작을 시작한다. 배출된 연료 탱크의 경우에, 연료 탱크 압력, P_fuel은 주변 압력(P_amb)과 동등하고, 이는 P_amb 대신 이용될 수 있다. 임계 압력(P_r)은 마이크로프로세서(32)의 메모리에 저장된다. 탈착은 흡착제(adsorbent)가 낮은 압력에서 용이하게 탈착하므로 임계 압력(Pr) 아래에서 시작한다.

신호(40)는 차단 밸브(64)를 개방하고, 히터(63)에 전원을 공급하며, 도 5에 도시된 ADS(50)의 송풍기(62)의 팬에 전원을 공급한다. 히터(63)는 전기장치(electric) 또는 공기장치(pneumatic)(밸브에 의해 제어되는 뜨거운-공기 공급장치, 도시되지 않았음)일 수 있다. 송풍기(62)는 도관(61)을 매개로 공기를 얻는다. 공기는 주변 공기 또는 다른 시스템으로부터의 소모된 공기, 예컨대 공기-조화 시스템 열 교환기(air-conditioning system heat exchangers)의 다운스트림(downstream)으로부터의 램-공기(ram-air)(도시되지 않았음)일 수 있다. 이는 종종 바깥 주변 공기 보다 더 높은 온도에 있을 수 있으므로 이는 소비되는 램 공기에 대해 도움이 될 수 있다. 흡착기(53)를 통해 흐르는 따뜻한 공기는 흡착기 매체(54)로부터 연료 증기를 탈착하고 연료 증기가 풍부한 공기는 도관(65)의 흡착기(53)의 외부로 배출된다. 도관(65)의 공기는 3개의 연료-증기 처리 시스템(Fuel-vapor Treatment Systems)(실시예 A, 70, 도 6a (FTSA); 실시예 B, 80, 도 6b (FTSB); 및 실시예 C, 90, 도 6c (FTSC)) 중 하나로 공기를 전달하는 도관(71)으로 체크 밸브(66)를 통해 지나간다. 도 5는 송풍기(62)에 의해 전달된 공기를 가열하는 히터(63)를 나타낸다. 히터(63)는 도관(61)에 의해 전달된 공기가 흡착 매체(54)의 탈착을 위해 충분한 온도이면 제거될 수 있다.

대안으로서, 히터(63) 및 송풍기(62)가 제거될 수 있다. 다른 시스템으로부터의 압축된 고온 공기는 도관(61), 예컨대 엔진 블리드-에어 시스템(engine bleed-air system)(BOEING 787을 제외한 모든 비행기)을 매개로, 또는 객실 조화 시스템(cabin conditioning system)(예컨대, BOEING 787)의 압축기로부터 공급될 수 있다. 따라서, 신호(40)가 차단 밸브(64)를 개방할 때 공기는 흡착 매체(54)로 자동적으로 흐른다.

마이크로프로세서(32)는 신호(40)가 존재할 때 흡착기(53)를 통해 흐르는 공기에 대해 체크한다. 흐름 검증은 송풍기(62) 및 흡착기(53)의 원하는 성능을 확인한다. 검증은, 콘트롤러(30)로 신호(60)를 전송하는, 차동 압력 변환기(59)(도 5)를 이용해서 수행될 수 있다. 설계 임계(DP_r) 내에 있는 신호(60)는 허용가능한 송풍기/압축기 성능을 나타낸다. 신호(60)가 선택된 임계, DP_r 범위 밖일 때, 이는 송풍기 표시기(18)를 조명하도록, 도 3의 제어 및 표시 패널(20)로 전송되는 신호(34)를 발생시킨다. DP_r은 마이크로프로세서(32)의 메모리에 저장된다. 압력 변환기(59) 및 송풍기 표시기(18)는 제거될 수 있고 다른 검증 수단이 이용된다.

외부 압력(P_amb)이 임계 압력(P_r) 이상으로 증가하거나 연료 온도(T_fuel)가 T_start 이상으로 증가할 때 마이크로프로세서(32)는 탈착 공정을 자동적으로 비활성화시킨다.

콘트롤러(30)는, 이러한 신호에 대해 언급하는 논의에서 상기한 바와 같이, 신호(36, 38, 40)에 의해 ADS(50; adsorption and desorption system)의 동작을 제어한다.

흡착기(53)로부터 방출되는 연료 증기가 실려진 공기는 FTSA, FTSB, 또는 FTSC와 같은 연료 증기 처리 시스템(FTS)으로 도관(71)을 통해 흐른다. FTSA(도 6a)에 있어서, 도관(71)은 (i) 체크 밸브(73) 및 도관(72)을 매개로 엔진 #1으로, 그리고 (ii) 체크 밸브(75) 및 도관(74)을 매개로 엔진 #2로 연료 증기가 실려진 공기를 전달한다. 연료 증기가 실려진 공기는 소정의 알려진 방법에 의해 엔진 #1 및 #2에서 연소 또는 파괴될 수 있다. 도 6a는 엔진 #1 및 #2으로 연료 증기가 실려진 공기의 전달을 나타내지만, 공기는 택일적으로 오직 하나의 엔진으로 보내질 수 있다.

FTSB에 있어서(도 6b), 흡착기(53)로부터 방출되는 연료 증기가 실려진 공기는 도관(71)에 의해 열 교환기(83)로 전달된다. 연료 증기가 실려진 공기는 도관(85)에 의해 열 교환기로 전달된 주변 공기에 의해 열 교환기에서 냉각된다. FTSB에 있어서, 콘트롤러(30)에 의해 전송된 신호(40)는 또한 일반적으로 폐쇄된 밸브(86)를 개방한다. 이는 주변 공기가 열 교환기(83)를 통해 흐르도록 한다. 몇몇 연료 증기는 열 교환기(83)에서 응축되고 연료 증기 분리기(81)에 의해 제거된다. 분리된(또는 재생된(reclaimed)) 연료는 도관(88)을 매개로 연료 탱크(100)로 되돌아간다. 도관(82)은 낮은 연료 증기 내용물 공기를 외부 주변 공기로 방출한다.

FTSC에 있어서(도 6c), 흡착기(53)로부터 방출되는 연료 증기가 실려진 공기는 도관(71)에 의해 배출 노즐(92; exhaust nozzle)로 전달된다. FTSC에 있어서, 증기는 바깥으로 배출된다. 존재하는 규정은 연료 탱크로부터 외부 주변 공기로 연료 증기의 방출을 금지하지 않는다. FTSC는, 항공기가 높은 곳에 있을 때와 같은, 지상 영향(ground level impact)이 감소될 수 있을 때 한번에 연료 증기의 선택적 방출울 허용하는 이점을 제공한다.

도 7은 연료 탱크(100)를 나타낸다. 이는 액체 연료(102) 및 얼리지(110)를 함유한다. 공기 및 연료 증기 양쪽이 얼리지(110)에 있을 수 있고, 이러한 혼합물은 종종 얼리지 혼합물로서 언급된다. 연료 탱크(100)는, 연료 탱크 압력과 주변 압력을 동등하게 하기 위해 외부 공기를 흘러 들어가게 하거나 흘러 나오게 하도록 허용하는, 배출구(104)를 매개로 외부 주변 공기로 배출된다. 체크 밸브(도시되지 않았음)를 갖는 공기 주입구(103)는 주변 공기가 연료 탱크로 흐르도록 포함될 수 있다. 이들은 송풍기(57)가 동작할 때 보충 공기 유입(supplement air inflow)을 주입한다. 연료 탱크 공급 포트(105)는, 시스템 콘트롤러(30)에 대해 전송되는 신호(44)의 (자동 또는 수동) 발생을 야기시키는, 공급 포트(105)에 대해 급유 호스(refueling hose)(도시되지 않았음)의 연결을 허용한다. 연료 탱크 압력 센서(P)는 시스템 콘트롤러(30)에 P_fuel 신호(106)를 제공한다. 한편, 압력 센서(P)는 제거될 수 있고 주변 압력 신호(P_amb)는 공기 데이터 시스템으로부터 제공될 수 있다. 연료 온도 센서(T)는 시스템 콘트롤러(30)에 T_fuel 신호(108)를 제공한다. 얼리지(110)로부터의 얼리지 혼합물은 도관(51)을 매개로 ADS(50)로 연료 탱크(100) 밖으로 흐른다. 액체 연료는 FTSB(도 6b)로부터 도관(88)을 매개로 연료 탱크(100)로 되돌아 흐른다. FTSA 또는 FTSC가 이용되면 도관(88)은 필요로 되지 않는다.

시스템(10)은 연료 탱크(100)의 얼리지 연료-공기 비를 감소시킬 수 있음이 상기로부터 명백하다. 시스템(10)은 T_lfl 보다 더 낮은 온도에서 얼리지 혼합물을 정화하기 시작하고, 따라서 연료 탱크(100)가 가연성으로 되는 것을 허용하지 않는다. 따라서, 이는 예방 시스템(preventive system)이다. 또한, 시스템(10)은 얼리지 연료-공기 비를 줄일 수 있고 연료 탱크(100)가 초기에 가연성(비-불활성)인 경우에 연료 탱크(100)가 불활성으로 될 수 있게 함이 명백하다.

여기서 실시예와 조화를 이루어 여러 변경/강화가 상기 설명된 시스템에 대해 만들어질 수 있다. 예컨대, 그라운딩 스트랩(grounding straps)이 정전기(static electricity)에 기인하는 화재의 가능성을 감소시키기 위해 부가될 수 있다. 화염 방지기(flame arrestors)가 화재의 경우에 화염 전파를 방지하기 위해 설치될 수 있다. 내장 테스트 장비가 구성요소의 고장을 검출하기 위해 부가될 수 있다.

항공기에 설치된 시스템(10)은, 전력(배의 또는 지상)이, 예컨대 ON 위치로 수동 스위치(12)를 위치시키는 것에 의해, 이용가능함과 더불어 활성화될 때 다음과 같이 동작할 수 있다. 몇몇 차이가 다른 운송수단의 동작에 대해 존재할 수 있지만, 당업자는 여기서의 설명에 따라 적절한 적응을 용이하게 이해하게 된다.

모든 주위 온도에서 연료 공급 동안 지상에 있는 동안, 시스템(10)은 신호(44)의 존재에 의해 연료-공급 동작(fuel-servicing operations)을 검출한다. 신호(44)는 연료 호스가 연료 포트에 연결될 때 자동으로 발생될 수 있고, 또는 이는 수동 신호일 수 있다. 시스템 송풍기(57)는 연료 공급 동작 동안 흡착기(53)를 통해 얼리지(110)로부터 얼리지 혼합물을 빼낸다. 흡착기 매체(54)는 연료 증기를 보유한다. 주변 공기는 연료 탱크 배출구(104)를 통해, 만약 제공된다면, 주입 포트(103)를 통해 연료 탱크(100)로 들어간다. 따라서, 시스템(10)은 공항 오염을 감소시킨다.

이륙을 위한 택시-아웃(taxi-out)을 포함하는, 어떠한 경우(주유되지 않음) 지상에 있는 동안, 그리고 이륙 상승 동안, 시스템(10)은 대기 상태에 있고 연료 온도가 연료 탱크 가열에 기인하여 T_start를 초과하면 자동적으로 동작을 시작한다. 송풍기(57)는 흡착기(53)를 통해 얼리지(110)로부터 얼리지 혼합물을 빼낸다. 흡착기 매체(54)는 연료 증기를 보유한다. 주변 공기는 연료 탱크 배출구(104)를 통해, 만약 제공된다면, 주입 포트(103)를 통해 연료 탱크(100)로 들어간다. 시스템(10)은 T_stop 보다 더 큰 연료 온도 T_fuel에 대해 동작하도록 계속된다. 연료 온도가 T_stop 이하로 감소될 때, 시스템(10)은 자동적으로 중단된다. 연료 온도는 이륙 상승 동안 연료 탱크 냉각에 기인하여 T_stop까지 감소될 수 있다.

운항하는 동안, 시스템(10)은 지상(주유되지 않음), 택시-아웃(taxi-out), 및 이륙 상승에 대해 지시된 바와 같이 동작한다. 부가적으로, T_start 이하의 연료 온도 및 P_r 이하의 P_amb(또는 P_fuel)에 대해, 시스템 송풍기(62)는 흡착기(53)를 통해 따뜻한 공기를 강요한다. 압축기 매체(54)에 의해 보유된 연료 증기는 따뜻한 공기로 방출된다. (송풍기(62) 및 히터(63)가 없는) 다른 실시예에 있어서, 따뜻한 공기는 흡착기(53)를 통해 다른 시스템(엔진 블리드-공기(bleed-air) 또는 압축된 공기 공급기)로부터 흐른다. 흡착기(53)에 의해 보유된 연료 증기는 공기 흐름으로 방출된다. 연료 증기가 실려진 공기는 연료 증기 처리 시스템 FTSA(70), FTSA(80), 또는 FTSC(90)에 공급된다. 이와 같이, 압축기 매체(54)는 재사용을 위해 재활성화된다. 하강 및 택시-인(taxi-in) 동안, 시스템(10)은 지상(주유되지 않음), 택시-아웃(taxi-out), 및 이륙 상승에 대해 지시된 바와 같이 동작한다.

시스템(10)은 흡착 공정 동안 송풍기(57)의 동작 또는 탈착 공정 동안 송풍기(62) 및 히터(63)의 동작을 위한 전력을 이용할 수 있다. 탈착 동안 전원 요구는 히터(63)가 전기장치(electric)일 때 더 높을 수 있다. 그럼에도 불구하고, 전원 요구는 탑재 불활성 가스 발생 시스템(on-board inert gas generating system)을 이용하는 NGS(nitrogen gas inerting system)의 전원 요구 보다 상당히 더 낮을 수 있다.

흡착 시스템은 연료 온도 T_fuel가 T_stop 보다 더 클 때 동작함을 주지해야 한다. 외부의 차가운 공기가 연료 탱크를 냉각시키므로, 흡착 시스템은 뜨거운 대기(atmosphere)에서는 약 25,000 피트 이하에서 동작하게 됨이 추정된다. 동작은 더 차가운 대기에서는 더 낮은 고도까지 될 수 있다. 탈착 공장은 주변 압력 P_amb(또는 P_fuel)가 임계 압력 P_r 이하일 때 동작한다.

시스템(10)과 같은, 시스템은 고도로 신뢰성이 있는 구성요소, 예컨대 송풍기, 밸브, 열 교환기, 연료 분무 분리기(fuel mist separators), 센서, 및 흡착기를 이용할 수 있다. 송풍기는 이동 부품을 구비하는 유일한 구성요소일 수 있다. 시스템은 NGS에 비해 낮은 고장율과 낮은 유지보수 요구를 갖을 수 있다. 또한, 시스템은 NGS에 비해 높은 신뢰성과 이용가능성을 갖을 수 있다. 이는 NGS에 대해 현재 허용된 MMEL에서의 10일 교체의 필요 없이 라인 상에서 고장난 구성요소를 제거 및 대체하는 것이 가능할 수 있다.

재발(recurring) 및 비-재발 비용(non-recurring costs)은 NGS에 비해 극도로 낮을 수 있다. 모든 구성요소는 최신의 기술과 저렴한 비용으로 용이하게 이용가능할 수 있다. 시스템은 NGS와 같이 구성요소(예컨대, 필터, 오존 컨버터, ASM)의 예정된 교체를 요구하지 않을 수 있음으로, 재발 비용은 낮을 수 있다.

시스템은 실질적으로 NGS 보다 더 안전할 수 있다. NGS는 얼리지에서의 12% 산소의 평균 벌크 산소 농도(average bulk oxygen concentration)를 기초로 설계되고, 이는 연료 탱크 비-가연성(불활성)으로 되거나 연료-탱크 내부 압력의 연소 및 발생을 방지하지 않게 될 수도 있다. 여기에서의 시스템 및 방법은 대신 연료 탱크 비-가연성(불활성)으로 되게 하여 유지하고 연소(화염의 형성)를 방지한다.

본 발명의 태양에 따르면, 얼리지에 부가된 공기를 이용하여 연료 탱크의 얼리지로부터 연료 증기를 정화하는 것과, 공기 정화를 이용하여 얼리지의 연료-공기 비를 감소시키는 것, 및 흡착 매체 상에서 정화된 연료 증기를 흡착하는 것을 갖추어 이루어진 연료 증기 제거 방법이 제공된다. 편리하게, 연료 탱크 및 흡착 매체는 항공기 상에 있고 감소된 연료-공기 비는 가연성 한계 이하이다. 편리하게, 연료-공기 비가 가연성 한계 이하인 동안 흡착 매체로부터 연료 증기를 탈착하는 것을 더 갖추어 이루어질 수 있다. 편리하게, 흡착 매체는 탈착이 시작되기 전의 흡착의 결론에서 제1 온도를 나타내고, 연료 증기의 탈착은 매체를 통해 공기를 흘리는 것을 갖추어 이루어지며, 흐르게 된 공기는 제1 온도 보다 더 높은 제2 온도를 나타내고, 매체는 14.7 psi 이하의 압력으로 된다. 편리하게, 연료 탱크 및 흡착 매체는 항공기 상에 있고, 연료 증기의 탈착은 항공기가 비행 중인 동안 야기되며, 흘르게 된 공기는 주변 공기 및/또는 소모된 램 공기를 함유한다.

법규에 따라, 실시예는 구조 및 방법적 특징에 대해 대체로 특정 언어로 설명되었다. 그러나, 이는 실시예가 도시되고 설명된 특정 특징으로 한정하는 것이 아님이 이해되어야 한다. 따라서, 실시예는 균등론에 따라 적절히 해석되는 첨부된 청구항의 적절한 관점 내에서 그들의 구성 또는 변형 중 어느 것으로 주장된다.

1 --- 시스템
3 --- 시스템 콘트롤러
5 --- 흡착 시스템
7 --- 신호
9 --- 신호
10 --- 시스템
12 --- 수동 스위치
14 --- 신호
18 --- 송풍기 표시기
20 --- 제어 및 표시 패널
30 --- 시스템 콘트롤러
32 --- 마이크로프로세서
34 --- 신호
36 --- 신호
38 --- 신호
40 --- 신호
44 --- 신호
50 --- ADS(adsorption and desorption system)
51 --- 도관
52 --- 체크 밸브
53 --- 흡착기
54 --- 흡착 매체
56 --- 차단 밸브
57 --- 송풍기
58 --- 방출
59 --- 압력 변환기
60 --- 신호
61 --- 도관
62 --- 송풍기
63 --- 히터
64 --- 차단 밸브
65 --- 도관
66 --- 체크 밸브
70 --- FTS(fuel treatment system) 실시예 A
71 --- 도관
72 --- 도관
73 --- 체크 밸브
74 --- 도관
75 --- 체크 밸브
80 --- FTS 실시예 B
81 --- 증기 분리기
82 --- 도관
83 --- 열 교환기
85 --- 도관
86 --- 밸브
88 --- 도관
90 --- FTS 실시예 C
92 --- 배출 노즐
100 --- 연료 탱크
102 --- 연료
103 --- 주입 포트
104 --- 주변 배출구
105 --- 연료 공급 포트
106 --- 신호
108 --- 신호
110 --- 얼리지

Claims

운송수단의 연료 탱크(100)의 얼리지로부터 연료 증기를 제거하는 것과;
운송수단 상의 흡착 매체 상에서 얼리지로부터 제거된 연료 증기를 흡착하는 것; 및
운송수단 상에 있는 동안 흡착 매체로부터 연료 증기를 탈착하는 것;을 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 연료 증기 제거 방법.
제1항에 있어서,
얼리지로부터 연료 증기를 제거하기 전에 얼리지가 가연성에 근접함을 결정하는 것을 더 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 연료 증기 제거 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
운송수단이 항공기를 구비하여 구성되고, 연료 증기의 탈착은 항공기가 비행 중인 동안 야기되는 것을 특징으로 하는 연료 증기 제거 방법.
제3항에 있어서,
항공기가 비행 중인 동안 바깥으로 탈착된 연료 증기를 배출하는 것 또는 항공기의 추진 엔진에서 탈착된 연료 증기를 태우는 것을 더 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 연료 증기 제거 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
탈착된 연료 증기를 응측하고 연료 탱크(100)로 응축된 연료를 되돌리는 것을 더 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 연료 증기 제거 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
연료 증기를 제거하는 것은 얼리지에 부가된 공기로 얼리지를 정화하는 것을 갖추어 이루어지고, 방법은 공기 정화를 이용해서 얼리지의 연료-공기 비를 감소시키는 것을 갖추어 이루어지며, 감소된 연료-공기 비는 가연성 한계 이하로 되는 것을 특징으로 하는 연료 증기 제거 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
연료 증기의 탈착은 얼리지의 연료-공기 비가 가연성 한계 이하인 동안 야기되는 것을 특징으로 하는 연료 증기 제거 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
흡착 매체는 활성화된 카본을 구비하여 구성되고, 연료 증기를 탈착하는 것은 활성화된 카본을 재활성화시키는 것을 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 연료 증기 제거 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
흡착 매체는 탈착이 시작되기 전의 흡착의 결론에서 제1 온도를 나타내고, 연료 증기의 탈착은 매체를 통해 공기를 흘리는 것을 갖추어 이루어지며, 흐르게 된 공기는 제1 온도 보다 더 높은 제2 온도를 나타내고, 매체는 14.7 psi 이하의 압력으로 되는 것을 특징으로 하는 연료 증기 제거 방법.
얼리지를 갖춘 연료 탱크(100)와;
얼리지 및 얼리지 정화 시스템에 유체공학적으로 연결된 연료 증기 흡착 매체를 포함하는 흡착 시스템(5); 및
가연성 결정 시스템을 포함하고, 얼리지가 가연성을 나타내기 전에 흡착 매체 상에서 얼리지로부터 정화 시스템에 의해 연료 증기 제거를 시작하도록 구성된 콘트롤러(3);를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 증기 제거 시스템.
제10항에 있어서,
운송수단을 더 구비하여 구성되되, 연료 탱크(100)가 운송수단의 연료 탱크이고, 흡착 시스템(5)이 운송수단 상에 있는 것을 특징으로 하는 연료 증기 제거 시스템.
제11항에 있어서,
운송수단이 항공기를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 증기 제거 시스템.
제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
흡착 시스템(5)은 흡착 및 탈착 시스템(50)이고, 연료 증기 탈착 시스템을 더 구비하여 구성되고, 콘트롤러(3)는 정화 시스템에 의해 연료 증기 제거를 중지하고, 얼리지가 비가연성인 동안 탈착 시스템에 의해 연료 증기 탈착을 시작하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 증기 제거 시스템.
제13항에 있어서,
탈착 시스템은 흡착 매체에 유체공학적으로 연결된 공기 송풍기(62) 및 공기 히터(63)를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 증기 제거 시스템.
제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
가연성 결정 시스템은 연료 온도 센서와, 연료 탱크 압력 센서, 및 적어도 연료 온도 및 연료 탱크 압력을 이용해서 가연성을 결정하도록 구성된 프로세서를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 증기 제거 시스템.