ES2219497T3 - Sistema de inertizacion de combustible. - Google Patents
Sistema de inertizacion de combustible.Info
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Abstract
Un sistema de inertización de combustible, que tiene un limpiador de combustible (26) para reemplazar el oxígeno disuelto en el combustible (6) de un depósito de combustible (8) por un gas inerte, y un sistema de válvulas (10) que funciona para suministrar gas al limpiador de combustible (26), bien a través de un primer dispositivo de suministro (2) desde el espacio vacío (16) del depósito (8), o bien a través de un segundo dispositivo de suministro (4) desde un suministro de gas inerte presurizado (12), caracterizado porque el sistema de válvulas (10) está controlado por un sensor de oxígeno (20), que está dispuesto para monitorizar la concentración de oxígeno en el gas del espacio vacío, y el sistema de válvulas (10) está dispuesto, bien para seleccionar el segundo dispositivo de suministro (4) para proporcionar el gas inerte presurizado (12) al limpiador de combustible (26), siempre que el gas del espacio vacío (16) no sea inerte, o bien para seleccionar el primer dispositivo de suministro (2) para suministrar gas desde el espacio vacío (16) al limpiador de combustible (26), siempre que el gas en el espacio vacío (16) sea inerte con lo que sólo uno de los dispositivos de suministro (2, 4) está operativo en un momento dado.
Description
Sistema de inertización de combustible.
El presente invento se refiere a un sistema de
inertización de combustible que combina la inertización del
combustible con la limpieza del mismo.
Es vital minimizar el riesgo de ignición en los
depósitos de combustible de los aviones. Esto es particularmente
importante en la aviación militar, pues existe riesgo de ignición
durante la batalla. El riesgo de ignición se reduce sustancialmente
proporcionando un caudal de gas inerte, normalmente Aire Enriquecido
con Nitrógeno (AEN), en el espacio vacío por encima del combustible,
en cada depósito de combustible. También es importante llevar a cabo
un proceso conocido como limpieza, en el que el oxígeno disuelto en
el combustible es desplazado mezclado AEN con el combustible
oxigenado.
Un método para la limpieza del combustible
consiste en utilizar la fuerza motriz del combustible cuando éste
entra en un depósito, durante el reaprovisionamiento, para accionar
un separador centrífugo, u otro tipo de limpiador o mezclador de
combustible, utilizando la acción de la bomba de chorro. Esto extrae
el AEN desde el espacio vacío del depósito, para reemplazar el
oxígeno disuelto en el combustible. Un método de limpieza
alternativo consiste en introducir AEN presurizado directamente en
el depósito.
Los sistemas actuales, como el utilizado, por
ejemplo, en el avión Boeing C-17, incorporan un
separador de nitrógeno y un sistema de almacenamiento para el gas
inerte, estando ambos fijados a la estructura del avión. El aire
presurizado de los motores del avión se utiliza entonces como
suministro para el separador de nitrógeno.
El documento US 3.693.915 reconoce que ni la
llama ni la explosión pueden propagarse en un depósito de
combustible, a pesar de existir cualquier fuente de ignición, cuando
la concentración de oxígeno en el vapor de combustible está por
debajo del límite de inflamabilidad. Esto se consigue empleando un
gas inerte, tal como el nitrógeno, para empujar el aire (que
contiene un 21% de oxígeno) fuera del depósito, y luego presurizar
el depósito con nitrógeno, para evitar así la entrada de aire cuando
la presión ambiente aumenta con respecto a la presión interna del
depósito, como ocurre durante el descenso del avión. También
reconoce que el oxígeno del aire se disuelve en el combustible del
avión, en proporción a las presiones parciales del gas en la
interfaz aire-combustible, y que dicho oxígeno
disuelto sale de la solución cuando la presión en el combustible se
reduce. Entonces, el oxígeno se libera en el espacio vacío cuando el
avión asciende. El documento US 3.693.915 muestra que se debe
desplegar un gas inerte en el espacio de vapor (este espacio es el
espacio vacío) de un depósito de combustible para evitar que el aire
entre en el depósito, y adicionalmente, que el oxígeno disuelto debe
extraerse del combustible durante el vuelo, y especialmente durante
la fase de ascenso, en la que la presión del depósito desciende,
para mantener así la concentración de oxígeno en el espacio vacío en
un nivel seguro del 10% o menos, para no propagar la llama o la
explosión; esto es, inerte. Más en particular, se idea un sistema de
inertización del combustible de un depósito, en el que el espacio
vacío puede llenarse de nitrógeno, bien a través de un aerosol, o
bien a través de una fuente de suministro de nitrógeno. Un sistema
de suministro de combustible hace circular el combustible en exceso
a través de una boquilla de mezclado dentro del depósito, teniendo
la boquilla de mezclado un puerto de succión conectado a través de
una válvula de control operada por un solenoide, bien para extraer
nitrógeno de la fuente de suministro de nitrógeno en respuesta a un
dispositivo medidor de presión diferencial, o bien para hacer que
circule el suministro de gas en el espacio vacío, con lo que se
evita que el combustible entre en el puerto de succión cuando se
desconecta la fuente de nitrógeno.
El documento US 3.693.915 muestra, por
consiguiente, que un sistema de inertización de combustible debe
estar provisto de un limpiador de combustible, para reemplazar el
oxígeno disuelto en el combustible de un depósito de combustible por
un gas inerte, y de un sistema de válvulas que opere para
proporcionar gas al limpiador de combustible, bien a través de un
primer dispositivo de suministro desde el espacio vacío del
depósito, o bien a través de un segundo dispositivo de suministro
desde un suministro de gas inerte presurizado. No hay enseñanza en
cuanto al control de la concentración del oxígeno en el espacio de
gas vacío que recibe, evidentemente, el oxígeno que se ha eliminado
del combustible.
Según el invento, un sistema de inertización de
combustible del tipo que tiene un limpiador de combustible para
reemplazar el oxígeno disuelto en el combustible de un depósito de
combustible por un gas inerte, y un sistema de válvulas que opera
para proporcionar gas al limpiador de combustible, bien a través de
un primer dispositivo de suministro desde el espacio vacío del
depósito, o bien a través de un segundo dispositivo de suministro
(2) desde un suministro de gas inerte presurizado, tiene el sistema
de válvulas controlado por un sensor de oxígeno que está preparado
para monitorizar la concentración de oxígeno del gas en el espacio
vacío, y el sistema de válvulas está preparado, bien para
seleccionar el segundo dispositivo de suministro para proporcionar
el gas inerte presurizado al limpiador de combustible siempre que el
gas en el espacio vacío no sea inerte, o bien para seleccionar el
primer dispositivo de suministro para suministrar gas desde el
espacio vacío al limpiador de combustible, siempre que el gas en el
espacio vacío sea inerte, con lo que sólo uno de los dispositivos de
suministro está operativo en un momento dado.
De este modo, el presente invento proporciona un
sistema de inertización de combustible, el cual mantiene el espacio
vacío neutralizado, mientras que se extrae del combustible el
oxígeno disuelto.
El sistema de válvulas incluye, preferentemente,
una válvula prioritaria accionada por presión, que opera con la
presión del gas inerte del suministro de gas inerte presurizado,
para cortar el flujo de gas a través de los dispositivos de
suministro desde el espacio vacío. Una válvula de corte puede
llevarse a una posición de cierre para evitar el funcionamiento de
la válvula prioritaria accionada por presión, que opera con la
presión del gas inerte del suministro de gas inerte presurizado. El
sensor de oxígeno está preparado preferentemente para cerrar el
primer dispositivo de suministro.
El gas inerte es, preferentemente, aire
enriquecido con nitrógeno AEN. El sistema incluye, preferentemente,
dispositivos para tomar el aire enriquecido con nitrógeno de una
parte presurizada del avión, por ejemplo, de un muelle de carga. El
dispositivo para producir el aire enriquecido con nitrógeno puede
ser un separador de nitrógeno colocado dentro del avión, pero que
puede retirarse de éste. El suministro de gas inerte presurizado
incluye preferentemente un dispositivo de almacenamiento para el gas
inerte presurizado. El suministro de gas inerte presurizado está
colocado, preferentemente, dentro del avión, pero se puede retirar
de éste.
Cuando el espacio vacío es inerte, por ejemplo,
durante el reaprovisionamiento normal de aire a aire, la limpieza
del combustible cuando éste entra en el depósito de combustible se
lleva a cabo utilizando un limpiador de combustible, por ejemplo, un
mezclador de la bomba de chorro, extrayendo el AEN del espacio
vacío. Sin embargo, cuando el espacio vacío no es inerte, por
ejemplo, durante el aprovisionamiento inicial para una misión
táctica militar, la limpieza del combustible se lleva a cabo
utilizando un suministro de AEN presurizado. El sistema de válvulas
selecciona y controla el funcionamiento de los dos sistemas.
El presente invento proporciona también un
sistema que incorpora un separador de nitrógeno y un sistema de
almacenamiento de gas inerte que se transporta en el muelle de carga
o en otra zona presurizada del avión, y que puede quitarse cuando el
sistema ya no sea necesario por más tiempo. El presente sistema toma
aire de la cabina presurizada del avión a través del muelle de
carga, u otra zona presurizada, y lo comprime utilizando un
compresor aparte, antes de suministrar aire al separador. Como
resultado de este sistema portátil, es posible hacer funcionar un
separador que normalmente está situado en tierra, en vuelo, y a
altitud.
También es favorable que el sistema lleve un
separador de nitrógeno y un almacenamiento para el gas inerte, los
cuales toman el aire durante el vuelo de la cabina presurizada del
avión, y son portátiles y se pueden quitar del avión en cuanto no se
necesiten más.
Se describirá a continuación un sistema de
inertización de combustible según el presente invento, sólo a modo
de ejemplo, haciendo referencia al dibujo adjunto, que es una
representación esquemática del sistema.
Durante el reaprovisionamiento en tierra, se
expulsa aire desde el espacio vacío a través de una salida en el
depósito de combustible y de un depósito de reserva, y se reemplaza
por combustible. El aire que queda en el espacio vacío se reemplaza
por AEN. Un sistema generador de aire inerte a bordo funciona
entonces para mantener una capa de gas inerte, tal como el Aire
Enriquecido con Nitrógeno (AEN), en los depósitos de combustible. El
AEN se forma del aire de purga del motor, utilizando un separador de
nitrógeno (no mostrado).
Haciendo referencia ahora a la figura, el sistema
comprende dos dispositivos de suministro separados 2, 4, para
suministrar AEN al combustible 6 del depósito de combustible 8. El
primer dispositivo de suministro 2 está conectado a un suministro
presurizado 12 de AEN que circula por la primera línea de suministro
14 hacia el combustible 6 del depósito de combustible 8, por medio
de un sistema de válvulas, que incluye una válvula prioritaria 10.
El segundo dispositivo de suministro 4 proporciona un suministro de
AEN desde el espacio vacío 16 del depósito de combustible por una
segunda línea de suministro 18 hacia el combustible 6 del depósito
de combustible 8, por medio de la válvula prioritaria 10. Cualquiera
de los dos dispositivos de suministro, 2, 4, utiliza un limpiador de
combustible 26 con la forma de un mezclador de bomba de chorro, que
utiliza el AEN para desplazar el oxígeno disuelto del combustible y
expulsarlo por la borda.
La válvula prioritaria 10 tiene dos posiciones de
funcionamiento. La primera posición de funcionamiento, que se
muestra en la figura, abre la primera línea de suministro 14,
permitiendo el flujo de AEN desde el suministro presurizado 12 al
combustible 6, mientras que, al mismo tiempo, cierra la segunda
línea de suministro 18 para evitar que el AEN del espacio vacío 16
del depósito de combustible fluya al combustible. La segunda
posición de funcionamiento cierra la primera línea de suministro 14,
evitando que el AEN presurizado fluya al combustible 6, mientras
que, al mismo tiempo, abre la segunda línea de suministro 18, para
permitir así el flujo de AEN desde el espacio vacío 16 del depósito
de combustible al combustible 6.
Se describe a continuación una posible forma de
funcionamiento de la válvula prioritaria 10. El sistema está
dispuesto de forma tal que la presión en el suministro presurizado
12 es mayor que la presión en el espacio vacío 16. Cuando se aplica
la presión del suministro presurizado 12 a la válvula prioritaria
10, abriendo una válvula de corte 27 que está situada en la primera
línea de suministro 14, la válvula prioritaria 10 se mueve por el
suministro presurizado 12 a la posición mostrada en la figura.
Cuando se cierra la válvula de corte 27, la válvula prioritaria 10
vuelve a su segunda posición de funcionamiento.
La cantidad de gas inerte que se necesita
suministrar al depósito de combustible 8 depende de la concentración
de oxígeno en el espacio vacío 16 del depósito de combustible. Se
proporciona un sensor de oxígeno 20 en el espacio vacío 16 del
depósito de combustible 8 para medir la concentración de oxígeno y
para evaluar si el gas del espacio vacío es inerte. El sensor 20
está conectado al primer dispositivo de suministro 2 para cortar la
línea de suministro 14 cuando la concentración de oxígeno se reduzca
hasta un nivel requerido.
El AEN se almacena bajo presión en vasijas de
presión, de modo que se reduzca el volumen de la cantidad de gas a
almacenar. La presión estándar de almacenaje es de 200 bar, esto es,
aproximadamente, de 3000 psi (libras por pulgada cuadrada). La
presión del AEN se regula y se reduce a un nivel intermedio
utilizando una válvula de corte reguladora de alta presión (no
mostrada).
Se proporciona una salida 22 en el depósito de
combustible, que permite que el AEN fluya hacia y desde un depósito
de reserva 24 (o caja de ventilación). Durante el funcionamiento del
avión, el AEN llena el espacio vacío 16 del depósito de combustible
8 y el depósito de reserva 24. El AEN fluye fuera del espacio vacío
16 durante el ascenso del avión, y dentro del espacio vacío 16
durante el descenso del mismo, como resultado de los cambios en la
presión ambiente exterior.
La presión formada en el depósito de reserva 24
se regula empleando una válvula de corte reguladora de presión baja
(no mostrada), que mantiene la presión en un nivel requerido, a
pesar del caudal de gas en el depósito de reserva.
Cuando se consume el combustible 6 del depósito
de combustible 8, la presión en el depósito de combustible cae y se
necesita suministrar AEN al depósito, para estabilizar la variación
de presión. La presión se mantiene, por lo demás, en el espacio
vacío 16 del depósito de combustible 8 por medio de una válvula
exterior de ventilación y de una válvula interior de ventilación (no
mostradas). La válvula exterior de ventilación funciona como válvula
de alivio para expulsar AEN desde el depósito de combustible 8, para
así limitar la presión diferencial positiva entre el sistema de
combustible y la presión ambiente exterior durante el ascenso del
avión. La válvula interior de ventilación limita la presión
diferencial negativa durante el descenso del avión, permitiendo que
el aire exterior penetre en el espacio vacío 16 durante el descenso,
como resultado de los cambios en la presión ambiente exterior.
Es beneficioso mantener una diferencia de presión
positiva entre el depósito de combustible 8 y la presión ambiente
exterior, durante el ascenso del avión, ya que la diferencia entre
la presión a nivel del mar y la presión a nivel de crucero llevaría
a una reducción en la cantidad de gas inerte que se necesita
suministrar.
El separador de nitrógeno y las vasijas de AEN
presurizado se almacenan en el muelle de carga del avión. Pueden
desconectarse del sistema total de inertización de combustible y se
pueden quitar del sistema del avión cuando no se necesiten. Además,
el aire que se ha tomado del muelle de carga, o de otra zona
presurizada, se comprime separadamente utilizando un compresor
estándar, antes de suministrarse al separador de nitrógeno para
producir AEN. Como resultado de la toma de aire del muelle de carga,
o de otra zona presurizada, opuesta a la parte exterior del avión,
es posible hacer funcionar un separador estándar que está
normalmente colocado en tierra, durante el vuelo y a elevada
altitud. Esto no es posible en sistemas que tengan un separador fijo
de nitrógeno y vasijas presurizadas que requieran aire presurizado
de los motores del avión como suministro al separador de
nitrógeno.
Claims (10)
1. Un sistema de inertización de combustible, que
tiene un limpiador de combustible (26) para reemplazar el oxígeno
disuelto en el combustible (6) de un depósito de combustible (8) por
un gas inerte, y un sistema de válvulas (10) que funciona para
suministrar gas al limpiador de combustible (26), bien a través de
un primer dispositivo de suministro (2) desde el espacio vacío (16)
del depósito (8), o bien a través de un segundo dispositivo de
suministro (4) desde un suministro de gas inerte presurizado (12),
caracterizado porque el sistema de válvulas (10) está
controlado por un sensor de oxígeno (20), que está dispuesto para
monitorizar la concentración de oxígeno en el gas del espacio vacío,
y el sistema de válvulas (10) está dispuesto, bien para seleccionar
el segundo dispositivo de suministro (4) para proporcionar el gas
inerte presurizado (12) al limpiador de combustible (26), siempre
que el gas del espacio vacío (16) no sea inerte, o bien para
seleccionar el primer dispositivo de suministro (2) para suministrar
gas desde el espacio vacío (16) al limpiador de combustible (26),
siempre que el gas en el espacio vacío (16) sea inerte con lo que
sólo uno de los dispositivos de suministro (2, 4) está operativo en
un momento dado.
2. Un sistema de inertización de combustible
según la reivindicación 1, en que el sistema de válvulas (10)
incluye una válvula prioritaria actuada por presión (10), que opera
por la presión del gas inerte del suministro de gas inerte
presurizado (12) para cortar el flujo de gas por el primer
dispositivo de suministro (2) desde el espacio vacío (16).
3. Un sistema de inertización de combustible
según la reivindicación 2, en que opera una válvula de corte (27)
hasta una posición cerrada, para evitar el funcionamiento de la
válvula prioritaria actuada por presión (10), por la presión del gas
inerte del suministro de gas inerte presurizado (12).
4. Un sistema de inertización de combustible
según la reivindicación 3, en que el sensor de oxígeno (20) está
colocado para cerrar el primer dispositivo de suministro (2).
5. Un sistema de inertización de combustible
según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en que el
gas inerte es aire enriquecido con nitrógeno.
6. Un sistema de inertización de combustible
según la reivindicación 5, que incluye un dispositivo para producir
el aire enriquecido con nitrógeno, partiendo de aire tomado de una
parte presurizada del avión.
7. Un sistema de inertización de combustible
según la reivindicación 6,en que la parte presurizada del avión es
un muelle de carga.
8. Un sistema de inertización de combustible
según la reivindicación 6 ó 7, en que el dispositivo para producir
el aire enriquecido con nitrógeno es un separador de nitrógeno
colocado dentro del avión, pero que se puede retirar de éste.
9. Un sistema de inertización de combustible
según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en que el
suministro de gas inerte presurizado (12) incluye un dispositivo de
almacenamiento para el gas inerte presurizado.
10. Un sistema de inertización de combustible
según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en que el
suministro de gas inerte presurizado (12) está colocado dentro del
avión, pero que se puede retirar de éste.
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