ES2641956T3 - Sistema de combustible de aeronave con calentamiento de combustible almacenado - Google Patents

Sistema de combustible de aeronave con calentamiento de combustible almacenado Download PDF

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Abstract

Sistema de combustible de aeronave (100) que comprende una disposición de depósito de almacenamiento de combustible (102, 104, 106), una disposición de depósito colector de combustible (102), un primer conducto de combustible (101) que conecta la disposición de depósito de almacenamiento de combustible a la disposición de depósito colector de combustible y un segundo conducto de combustible (103A, 103B) configurado para conectar la disposición de depósito colector de combustible a un motor de aeronave mientras se utiliza el sistema, en el que el sistema comprende además una primera disposición de transferencia de calor dispuesta para transferir energía térmica del combustible no utilizado enviado por el motor de aeronave al combustible de la disposición de depósito de almacenamiento de combustible; en el que, además, comprende un tercer conducto de combustible (105A, 105B) que conecta el motor de aeronave a la disposición de depósito colector de combustible mientras se utiliza el sistema, por lo que al menos una parte de combustible no utilizado enviado por el motor de aeronave se devuelve a la disposición de depósito colector de combustible, y en el que la primera disposición de transferencia de calor comprende: (i) una disposición de conducto de combustible (111A, 111B, 111C) dispuesta para extraer combustible de, y devolver ese combustible a, la disposición de depósito de almacenamiento de combustible; y (ii) un intercambiador de calor (110) dispuesto para acoplar térmicamente combustible del tercer conducto de combustible al combustible de la disposición de conducto de combustible.

Description

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DESCRIPCION
Sistema de combustible de aeronave con calentamiento de combustible almacenado
La invencion se refiere a sistemas de combustible para aeronaves, en particular, aunque no exclusivamente, a aeronaves de ala fija.
Las aeronaves que vuelan durante penodos prolongados de tiempo a bajas temperatures pueden estar expuestas a la congelacion del combustible que esta dentro de los depositos de almacenamiento de combustible. En ambientes muy fnos esto puede suponer un problema concreto en altitudes mas bajas como resultado de la mayor presion de aire y densidad de aire que se produce en altitudes mas bajas, en comparacion con altitudes mas altas, lo que deriva en una perdida de calor mas rapida. En aeronaves de ala fija que tienen depositos de almacenamiento de combustible integrados en las alas, es muy probable que se congele el combustible dentro de tales depositos durante un vuelo largo a bajas temperaturas. Este es un problema concreto en el que las alas tienen un alargamiento geometrico corto debido al area de superficie relativamente grande de las alas con respecto al volumen del deposito de combustible.
El documento US 4776536 A describe una gestion termica de aeronave con una integracion de un fuselaje normalmente independiente y sistemas de transferencia de combustible de motor/disipacion de calor en un disipador de calor compuesto y una fuente de energfa secundaria. La temperatura del combustible se controla hasta lfmites establecidos por coquizacion y barnizado dentro de boquillas de combustible de motor. El exceso de combustible de la demanda de motor se devuelve al deposito de combustible principal de aeronave despues de ser refrigerado por cualquiera de las superficies aerodinamicas o por un intercambiador de calor de "combustible a aire de impacto". Los sistemas de fuselaje y motor se refrigeran mediante el uso de combustible como refrigerante que pasa a traves de intercambiadores de calor montados en el conducto de alimentacion desde el deposito principal "fno" a los motores. La unidad de control electronico de motor es refrigerada por el sistema de control ambiental de fuselaje aumentando su fiabilidad operativa. El control de combustible de combustion de motor hasta lfmites de temperatura de boquilla da como resultado una menor temperatura de combustible de deposito principal, menos evaporacion de combustible, un sistema de control ambiental de menor tamano, mayor capacidad de disipacion de calor y menor dependencia del aire de impacto complementario.
El objeto de la presente invencion se resuelve mediante la materia objeto de la reivindicacion independiente; otras realizaciones se incorporan en las reivindicaciones dependientes.
La presente invencion proporciona un sistema de combustible de aeronave caracterizado por una disposicion de deposito de almacenamiento de combustible, una disposicion de deposito colector de combustible, un primer conducto de combustible que conecta la disposicion de deposito de almacenamiento de combustible a la disposicion de deposito colector de combustible y un segundo conducto de combustible que conecta la disposicion de deposito colector de combustible a un motor de aeronave mientras se utiliza el sistema, en el que el sistema comprende ademas una primera disposicion de transferencia de calor dispuesta para transferir energfa termica del combustible no utilizado enviado por el motor de aeronave al combustible que esta dentro de la disposicion de deposito de almacenamiento de combustible.
En el uso de un sistema de combustible de la invencion, la energfa termica del combustible no utilizado enviado por el motor de aeronave es utilizada para calentar combustible dentro de la disposicion de deposito de almacenamiento de combustible, en lugar de simplemente ser desperdiciada. Esto reduce la probabilidad de congelacion de combustible dentro de la disposicion de deposito de almacenamiento de combustible, sin tener que utilizar aparatos de calefaccion y/o aislamiento especializados.
De manera preferible, el sistema comprende ademas una segunda disposicion de transferencia de calor dispuesta para transferir energfa termica desde equipos electronicos y/o informaticos de aeronave a un combustible dentro de la disposicion de deposito de almacenamiento de combustible. Esto proporciona un calentamiento adicional del combustible dentro de la disposicion de deposito de almacenamiento de combustible usando mas calor residual de equipos electronicos y/o informaticos de aeronave y reduce aun mas la probabilidad de que se congele el combustible dentro de la disposicion de deposito de almacenamiento de combustible.
De acuerdo con la invencion, un tercer conducto de combustible conecta el motor de aeronave a la disposicion de deposito colector de combustible mientras se utiliza el sistema, por lo que al menos una parte del combustible no utilizado enviado por el motor de aeronave se devuelve a la disposicion de deposito colector de combustible, comprendiendo la primera disposicion de transferencia de calor:
(i) una disposicion de conducto de combustible dispuesta para extraer combustible de, y devolver ese combustible a, la disposicion de deposito de almacenamiento de combustible; y
(ii) un intercambiador de calor dispuesto para acoplar termicamente combustible del tercer conducto de combustible con combustible de la disposicion de conducto de combustible.
Esto representa una disposicion conveniente para transferir calor del combustible no utilizado al combustible que esta en la disposicion de deposito de almacenamiento de combustible.
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La disposicion de deposito de almacenamiento de combustible puede comprender un deposito de combustible de fuselaje y un deposito de combustible de ala conectados por un conducto de combustible, conectando el primer conducto de combustible el deposito de combustible de fuselaje a la disposicion de deposito colector, y estando dispuesta la disposicion de conducto de combustible para extraer combustible de, y devolver ese combustible al deposito de combustible de ala. En los casos en que la disposicion de deposito de almacenamiento de combustible comprende un deposito de combustible de ala y un deposito de combustible de fuselaje, es el combustible que esta en el deposito de combustible de ala el mas susceptible de congelarse ya que el espacio limitado dentro de un ala de aeronave implica que medidas tales como proporcionar aislamiento pueden ser diffciles o imposibles de aplicar.
En otras realizaciones, la primera disposicion de transferencia de calor puede comprender un tercer conducto de combustible que conecta el motor de aeronave a la disposicion de deposito de almacenamiento de combustible mientras se utiliza el sistema, por lo que al menos una parte de combustible no utilizado enviado por el motor de aeronave es devuelta directamente a la disposicion de deposito de almacenamiento de combustible. Esta es una disposicion particularmente eficaz para transferir calor del combustible no utilizado a la disposicion de deposito de almacenamiento de combustible porque el calor dentro del combustible no utilizado es transferido a la disposicion de deposito de almacenamiento de combustible mediante el movimiento del propio combustible no utilizado. En estas realizaciones, en los casos en que la disposicion de deposito de almacenamiento de combustible comprende un deposito de combustible de fuselaje y un deposito de combustible de ala conectados por un conducto de combustible, el primer conducto de combustible puede conectar el deposito de combustible de fuselaje a la disposicion de deposito colector de combustible, conectando el tercer conducto de combustible el motor de aeronave al deposito de combustible de ala. De nuevo, esto permite que el calor del combustible no utilizado sea transferido al deposito de combustible de ala, en vez de al deposito de combustible de fuselaje, que normalmente es menos propenso a verse afectado por la congelacion del combustible.
La segunda disposicion de transferencia de calor comprende de manera util una disposicion de conducto de combustible dispuesta para extraer combustible de, y devolver ese combustible a, la disposicion de deposito de almacenamiento de combustible y un intercambiador de calor dispuesto para acoplar calor procedente de equipos electronicos y/o informaticos de la aeronave al combustible que esta dentro de la disposicion de conducto de combustible.
De manera preferible, el intercambiador de calor esta en contacto termico con un compresor dispuesto para comprimir un fluido refrigerante dentro de un circuito de refrigeracion para refrigerar los equipos electronicos y/o informaticos de la aeronave. Esto permite que el calor residual recogido por el refrigerante sea acoplado de manera eficiente al intercambiador de calor ademas del calor residual del propio compresor.
En casos en los que la disposicion de deposito de almacenamiento de combustible comprende un deposito de combustible de fuselaje y un deposito de combustible de ala conectados por un conducto de combustible, el primer conducto de combustible conecta preferiblemente el deposito de combustible de fuselaje a la disposicion de deposito colector, estando dispuesta la disposicion de conducto de combustible para extraer combustible de, y devolver ese combustible al deposito de combustible de ala. De nuevo, esto hace que el calor residual sea dirigido al deposito de combustible de ala que es mas propenso a verse afectado por la congelacion del combustible.
En cualquier realizacion, la disposicion de deposito colector de combustible puede ser un deposito colector simplex o un deposito colector duplex.
Debe entenderse que la frase "conducto de combustible" en esta memoria descriptiva puede indicar no solo un unico conducto de combustible o tubo de combustible ffsico, sino posiblemente tambien una via de combustible que comprende dos o mas conductos de combustible o tubos de combustible individuales, que incluyen cualesquiera valvulas adecuadas, dispuestas en combinacion para transportar combustible dentro del sistema de combustible.
A continuacion, se describen realizaciones de la invencion solo a modo de ejemplo y con referencia a los dibujos que se acompanan en los que cada una de las figuras 1 y 2, muestra esquematicamente un sistema de combustible de aeronave ejemplar correspondiente de la invencion.
Refiriendonos a la figura 1, un sistema de combustible 100 de la invencion comprende una disposicion de deposito de almacenamiento de combustible que comprende un deposito de combustible de fuselaje 102 y dos depositos de combustible de ala 104, 106, cada uno de los cuales esta conectado al deposito de combustible de fuselaje por un conducto de combustible correspondiente 107, 109. El deposito de combustible de fuselaje 102 esta conectado a un deposito colector de combustible 108 por un primer conducto de combustible 101. Se proporciona combustible a motores de aeronave mientras se utiliza el sistema 100 desde el deposito colector de combustible 108 a traves de segundos conductos de combustible 103A, 103B. El combustible no utilizado enviado por motores de aeronave es devuelto al deposito colector de combustible 108 durante el funcionamiento del sistema 100, a traves de terceros conductos de combustible 105A, 105B que pasan a traves de un intercambiador de calor 110. Una disposicion de conducto de combustible que consta de conductos de combustible individuales 111A, 111B, 111C esta dispuesta para extraer combustible de los depositos de combustible de ala 104, 106 y para devolver ese combustible a los depositos de ala 104, 106. El conducto de combustible 111B pasa a traves del intercambiador de calor 110 que esta dispuesto para acoplar calor de combustible no utilizado enviado por los motores de aeronave dentro de conductos de combustible 105A, 105B a combustible dentro del conducto de combustible 111B. Es decir, el combustible extrafdo de los depositos de combustible de ala 104, 106 se calienta usando calor de combustible no utilizado
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enviado por los motores de aeronave y luego es devuelto a los depositos de combustible de ala 104, 106, reduciendose as^ la probabilidad de que se congele el combustible dentro de los depositos de combustible de ala 104, 106.
El sistema 100 comprende ademas un intercambiador de calor secundario 112 dispuesto para acoplar calor residual procedente de equipos electronicos y/o informaticos de aeronave 118 a combustible que esta dentro del conducto de combustible 111B. El calor residual procedente de equipos electronicos y/o informaticos 118 es transportado al intercambiador de calor secundario 112 mediante refrigerante que esta dentro de un circuito de refrigeracion 113. El calor dentro del refrigerante se acopla al intercambiador de calor 112 mediante compresion dentro de un compresor 116 que esta en contacto termico con el intercambiador de calor 212. Un condensador de aire 114 dentro del circuito de refrigeracion 113 proporciona una fuente fna a los equipos electronicos y/o informaticos 118 en caso de que el combustible extrafdo de los depositos de ala 104, 106 este muy caliente y/o haya poco combustible en los depositos de ala 104, 106, de manera que el combustible dentro del conducto de combustible 111B no pueda recibir mas calor.
Durante el funcionamiento del sistema 100, el combustible extrafdo de los depositos de ala 104, 106 se calienta dentro del conducto de combustible 111B usando calor residual procedente de combustible no utilizado enviado desde los motores de aeronave y tambien utilizando calor residual procedente de los equipos electronicos y/o informaticos 118, y despues es devuelto a los depositos de combustible de ala 104, 106, reduciendose asf la probabilidad de que se congele combustible dentro de estos depositos de combustible durante vuelos largos en ambientes fnos.
La figura 2 muestra un segundo ejemplo de sistema de combustible de la invencion indicado generalmente con el numero de referencia 200. En la figura 2, a las partes que se corresponden con partes del sistema 100 de la figura 1 se les dan numeros de referencia correspondientes a las que designan las partes equivalentes de la figura 1. Una disposicion de conducto de combustible que consta de conductos de combustible individuales 211A, 211B, 211C esta dispuesta para extraer combustible de depositos de combustible de ala 204, 206 y devolverlo a estos depositos. El conducto de combustible 211B pasa a traves de un intercambiador de calor 212 que acopla calor residual de equipos electronicos y/o informaticos de aeronave 218 al combustible en el conducto de combustible 211B mediante un circuito de refrigeracion 213 que comprende fluido refrigerante que es comprimido por un compresor 216, estando el compresor 216 en contacto termico con el intercambiador de calor 212.
El sistema 200 de la figura 2 funciona de forma similar al sistema 100 de la figura 1, excepto que el combustible no utilizado enviado por los motores de aeronave es devuelto directamente a depositos de combustible de ala 204, 206 a traves de conductos de combustible 215A, 215B, 211C, en lugar de ser devuelto al deposito colector de combustible 208. No se necesita un intercambiador de calor para acoplar termicamente combustible de conductos de combustible 215A, 215B con combustible de un conducto de combustible 211B, puesto que el calor residual del combustible no utilizado procedente de los motores de aeronave es transferido a los depositos de combustible de ala 204, 206 devolviendo directamente el combustible no utilizado a estos depositos de combustible.

Claims (9)

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    REIVINDICACIONES
    1. Sistema de combustible de aeronave (100) que comprende una disposicion de deposito de almacenamiento de combustible (102, 104, 106), una disposicion de deposito colector de combustible (102), un primer conducto de combustible (101) que conecta la disposicion de deposito de almacenamiento de combustible a la disposicion de deposito colector de combustible y un segundo conducto de combustible (103A, 103B) configurado para conectar la disposicion de deposito colector de combustible a un motor de aeronave mientras se utiliza el sistema, en el que el sistema comprende ademas una primera disposicion de transferencia de calor dispuesta para transferir energfa termica del combustible no utilizado enviado por el motor de aeronave al combustible de la disposicion de deposito de almacenamiento de combustible;
    en el que, ademas, comprende un tercer conducto de combustible (105A, 105B) que conecta el motor de aeronave a la disposicion de deposito colector de combustible mientras se utiliza el sistema, por lo que al menos una parte de combustible no utilizado enviado por el motor de aeronave se devuelve a la disposicion de deposito colector de combustible, y
    en el que la primera disposicion de transferencia de calor comprende:
    (i) una disposicion de conducto de combustible (111A, 111B, 111C) dispuesta para extraer combustible de, y devolver ese combustible a, la disposicion de deposito de almacenamiento de combustible; y
    (ii) un intercambiador de calor (110) dispuesto para acoplar termicamente combustible del tercer conducto de combustible al combustible de la disposicion de conducto de combustible.
  2. 2. Sistema de acuerdo con la reivindicacion 1, que comprende ademas una segunda disposicion de transferencia de calor dispuesta para transferir energfa termica de equipos electronicos y/o informaticos de aeronave al combustible que esta dentro de la disposicion de deposito de almacenamiento de combustible.
  3. 3. Sistema de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la disposicion de deposito de almacenamiento de combustible comprende un deposito de combustible de fuselaje y un deposito de combustible de ala conectados por un conducto de combustible, y en el que:
    (i) el primer conducto de combustible conecta el deposito de combustible de fuselaje a la disposicion de deposito colector; y
    (ii) la disposicion de conducto de combustible esta dispuesta para extraer combustible de, y devolver ese combustible a, la disposicion de deposito de ala.
  4. 4. Sistema de acuerdo con la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2, en el que el tercer conducto de combustible conecta el motor de aeronave a la disposicion de deposito de almacenamiento de combustible mientras se utiliza el sistema, por lo que al menos una parte de combustible no utilizada enviada por el motor de aeronave se devuelve directamente a la disposicion de deposito de almacenamiento de combustible.
  5. 5. Sistema de acuerdo con la reivindicacion 4, en el que la disposicion de deposito de almacenamiento de combustible comprende un deposito de combustible de fuselaje (102) y un deposito de combustible de ala (104) conectados por un conducto de combustible (107, 109) y en el que
    (i) el primer conducto de combustible conecta el deposito de combustible de fuselaje a la disposicion de deposito colector de combustible; y
    (ii) el tercer conducto de combustible conecta el motor de aeronave al deposito de combustible de ala.
  6. 6. Sistema de acuerdo con la reivindicacion 2, en el que la segunda disposicion de transferencia de calor comprende una disposicion de conducto de combustible (211A, 211B, 211C) dispuesta para extraer combustible de, y devolver ese combustible a, la disposicion de deposito de almacenamiento de combustible y un intercambiador de calor (212) dispuesto para acoplar calor procedente de equipos electronicos y/o informaticos de la aeronave (218) al combustible que esta dentro de la disposicion de conducto de combustible.
  7. 7. Sistema de acuerdo con la reivindicacion 6, en el que el intercambiador de calor esta en contacto termico con un compresor (216) dispuesto para comprimir un fluido refrigerante dentro de un circuito de refrigeracion para refrigerar los equipos electronicos y/o informaticos de la aeronave.
  8. 8. Sistema de acuerdo con la reivindicacion 6 o la reivindicacion 7, en el que la disposicion de deposito de almacenamiento de combustible comprende un deposito de combustible de fuselaje y un deposito de combustible de ala conectados por un conducto de combustible, y en el que:
    (i) el primer conducto de combustible conecta el deposito de combustible de fuselaje a la disposicion del deposito colector; y
    (ii) la disposicion de conducto de combustible esta dispuesta para extraer combustible de, y devolver ese combustible al deposito de combustible de ala.
  9. 9. Sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la disposicion de deposito colector de combustible es un deposito colector simplex o un deposito colector duplex.
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