[发明专利]机载惰性气体生成系统

说明书

一种用于航空器的机载惰性气体生成系统，包括压缩机(10)，该压缩机被构造成接收机舱废气并将压缩空气供应至空气分离模块(12)，该空气分离模块被构造成将空气分离成富氮空气部分和富氧空气部分，其中压缩空气不经主动冷却直接从压缩机进入空气分离模块。

技术领域

本发明涉及用于在航空器上机载惰性气体生成以便惰化航空器上燃料箱和其它区域的设备和方法。

背景技术

在本申请文件中采用广泛接受的专业术语，其中术语“惰性气体生成”意指贫氧气氛或“富氮气氛”(NEA)的生成。众所周知，可使用一个或多个过滤器或者“空气分离模块”(ASM)将进气流分离成富氮空气(NEA)部分和富氧空气(OEA)部分。

目前的燃料箱惰化系统包含离心式压缩机以加压机舱空气，其一般需要压缩后换热器来使压缩空气降至71℃(160°F)的温度以便供应至空气分离模块。这一方案需要冲压空气冷却系统，其包括NACA进气口、管道、风扇、温控阀、换热器和用于排出冷却空气的出口。典型的使用机舱空气作为空气源的燃料箱惰化系统结构示出在附图1中。该图示出了一个两级压缩机，其包括具有中冷装置的两个压缩机以及将供应至空气分离模块的空气冷却至低于约71℃的压缩后换热器。中冷器和换热器二者一般都需要冲压空气冷却回路，该回路包括NACA进气口、管道、温度传感器和用于排出冷却空气的出口。设备的重量和为容纳该设备所需的空间以及外壳上多个开孔给航空器设计者带来了苛刻的限制。此外，上述因素会妨碍将这种设备加装到现有的航空器上。

通过重新设计的进气和NEA部分的流路，以及还将耐高温纤维和树脂用于构成空气分离模块的构件，使ASM技术得到发展，从而获得能够过滤具有高达约150℃(300°F)的入流温度的空气的空气分离模块。

发明内容

我们发现，可以提供一种大为简化的用于生成惰性气体的系统，其接收机舱空气、通过单级压缩机压缩该机舱空气然后将该机舱空气供应至ASM，而不需要传统装置的另外的第二级压缩机、中冷器和压缩后换热器及其各自的冷却回路。因此，该系统与以前使用的系统相比运行温度更高，但运行压力更低。较高的运行温度提升了空气分离模块的性能，这补偿了较低的运行压力的缺陷，从而使以前的分离性能得到保持。

据此，在一个方面，本发明提供一种用于航空器的机载惰性气体生成系统，其包括压缩机，该压缩机被构造成接收机舱废气并将压缩空气供应至空气分离模块，该空气分离模块被构造成将空气分离成富氮空气部分和富氧空气部分，其中压缩空气不经主动冷却而直接从压缩机进入空气分离模块。

术语“不经主动冷却”意指从压缩机向下游流至空气分离模块的气流不经过需要从外部流体源提供次级冷却流的换热器。但是，该术语并不排除冷却压缩机自身的可能性，例如借助散热片、冷却流体比如另一部分机舱空气的外部通路或者这些特征的组合来实施所述冷却。

在这种装置中，不再需要第二级压缩机、中冷器和第二级后换热器。这意味着惰性气体生成系统不需要提供用于供应至中冷器或压缩后冷却器的冲压空气，所以不再需要外壳的多个穿孔、相关的入口和出口以及管道，使得该装置适合用来加装。

压缩机可以被任何合适的原动机驱动，比如由航空器电气系统供电的电动马达或涡轮或轴动力驱动。

优选地，压缩机运行的压比在1.5和3.5之间，理想地约为2.5，以使传递温度不会超过空气分离模块的最大运行温度。

优选地，在使用时，压缩机运行以将压缩空气在超过80℃且可高达150℃(300°F)的温度下传递至ASM。

在一个实施例中，包含控制器，其响应机舱废气的温度变化而调节压缩机的运转速度和压比中的至少一个，以保持供应至空气分离模块的压缩空气处于所述预定温度。这一实施例可以包含用于监测机舱废气温度的温度传感器以及控制器，该控制器响应于所述温度传感器而控制所述压缩机的运转速度和压比中的至少一个，以保持供应至空气分离模块的压缩空气处于所述预定温度。