特許 7008929 不活性ガス生成システム及びその不活性ガス生成システムを用いた航空機燃料タンク不活性化システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-01-14

(45)【発行日】2022-01-25

(54)【発明の名称】不活性ガス生成システム及びその不活性ガス生成システムを用いた航空機燃料タンク不活性化システム

(51)【国際特許分類】

   B64D 37/32 20060101AFI20220118BHJP

   B01D 53/22 20060101ALI20220118BHJP

   B01D 71/02 20060101ALI20220118BHJP

【ＦＩ】

B64D37/32

B01D53/22

B01D71/02 500

【請求項の数】 6

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2017027968

(22)【出願日】2017-02-17

(65)【公開番号】P2017144992

(43)【公開日】2017-08-24

【審査請求日】2019-11-21

(31)【優先権主張番号】1651294

(32)【優先日】2016-02-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】514235879

【氏名又は名称】サフラン エアロテクニクス エスアーエス

(74)【代理人】

【識別番号】110000855

【氏名又は名称】特許業務法人浅村特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】クリストフ クラリ

【審査官】志水 裕司

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００５／０２４７１９７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０９１８６６２２（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】米国特許出願公開第２００８／０１６８７９８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０４６８１６０２（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００５／０１１５４０４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６４Ｄ ３７／３２

Ｂ０１Ｄ ５３／２２

Ｂ０１Ｄ ７１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

とりわけ少なくとも１つの航空機燃料タンクの不活性化システム用の、空気の流れから不活性ガスを生成する不活性ガス生成システム（１）において、前記不活性ガス生成システム（１）が、
空気吸入口（３）を有する空気回路（２）と、
不活性ガス排出口（４）と、
前記空気回路（２）に直列に配置され、空気中の酸素を低減させ窒素富化不活性ガスを生成するようになっている第１及び第２空気分離モジュール（５，６）と
を備え、
前記空気回路（２）が、
空気の流れの一部を前記第１モジュール（５）の上流から前記第２モジュール（６）へ直接送る送給手段（７，９）と、
全ての空気の流れを前記第１モジュール（５）の下流から前記不活性ガス排出口（４）へ直接送る送給手段（８，１０）と
を備え、
前記不活性ガス生成システム（１）が、前記第１モジュール（５）と前記第２モジュール（６）との間の前記空気回路（２）に配置された第１弁（７）と第２弁（８）とを備え、
前記第１弁（７）が、第１バイパス回路（９）によって前記ガス排出口に接続され、
前記第２弁（８）が、前記第１モジュール（５）の上流において、第２バイパス回路（１０）によって前記空気回路（２）に接続されることを特徴とする不活性ガス生成システム。

【請求項2】

前記弁（７，８）が流量制御弁（７，８）であることを特徴とする、請求項１に記載された不活性ガス生成システム。

【請求項3】

前記弁（７，８）が圧力制御弁（７，８）であることを特徴とする、請求項１に記載された不活性ガス生成システム。

【請求項4】

前記第１及び第２空気分離モジュール（５，６）がゼオライト膜を備えることを特徴とする、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載された不活性ガス生成システム。

【請求項5】

前記第１モジュール（５）の前記ゼオライト膜の大きさが、前記第２モジュール（６）の前記ゼオライト膜の大きさと異なることを特徴とする、請求項４に記載された不活性ガス生成システム。

【請求項6】

少なくとも１つの航空機燃料タンク（１２）の不活性化システム（１１）であって、少なくとも１つのエンジンから取り込まれた抽気及び／又は客室からの空気が供給される少なくとも１つの不活性ガス生成システム（１）と、前記不活性ガス生成システム（１）に接続された前記燃料タンク（１２）に不活性ガスを送るための配給手段（１３）とを備える不活性化システム（１１）において、
前記不活性ガス生成システム（１）が、請求項１から請求項５までのいずれか一項に適合することを特徴とする不活性化システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、飛行機やヘリコプター等といった航空機の、少なくとも１つの燃料タンクの不活性化システムに特に用いられる、不活性ガス生成システムの分野に関するものである。

【背景技術】

【0002】

航空学の分野において、燃料タンクの爆発のリスクを軽減するという安全上の理由から、窒素等の不活性ガスや二酸化炭素等の他の任意の不活性ガスを生成し、その不活性ガスをタンクに導入するために、不活性化システムを使用することは周知である。

【0003】

従来の先行技術における不活性化システムは、通常は、例えば少なくとも１つのエンジンから取り込まれた抽気等の空気が供給される機上不活性ガス生成装置（ＯＢＩＧＧＳ）を含む。少なくとも１つのエンジンから取り込まれた抽気は、近年最も普及しているモデルである。このようなシステムにおいて、抽気は、通常は、飛行状況に応じて、１つ以上のエンジンの、中圧ポートとして知られる開口部及び／又は高圧ポートとして知られる開口部から送給される。なお、抽気は圧力が比較的大きく温度が比較的高いので、空気を所望の圧力及び温度設定に幅広く調節できるため、抽気を空調に使用することは有利である。ＯＢＩＧＧＳは、飛行機の燃料タンクに接続され、空気から酸素を分離する。

【0004】

ＯＢＩＧＧＳは、通常は、例えば空気の流れを通過させるゼオライト膜を含む、１つの空気分離モジュール又は並列に配置された幾つかのモジュールを備える。窒素と酸素とは物質移動速度が異なるため、システムは、空気の流れを分割し、高窒素含有の空気の流れ及び高酸素含有の空気の流れを得る。不活性ガスと見なされる、窒素を豊富に含む一部の空気が燃料タンクに送られ、そこに存在する空気とケロシン蒸気との混合物を燃料タンクから移動させて排出する。酸素を豊富に含む一部の空気は、適切な手段を用いて処理された後に客室内、及び／又は、燃焼を促すためにリアクタの燃焼室内に再導入してもよい。このプロセスに必要な、コンプレッサ、フィルタ、空気若しくは水冷却モジュール等の装置は、不活性化システムに組み込まれる。

【0005】

タンク内の空の部分の燃料と酸素との比率が、２００８年９月１９日付のＡＣ２５．９８１－２Ａに詳述された「燃料タンクの可燃性低減手段」という表題のアメリカ連邦航空局（ＦＡＡ）の要求事項及びその付随書に従って規定された着火限界未満であれば、自然発火は発生しない。前述したように、燃料タンクの不活性化とは、特に、そのタンク内に存在する酸素のレベルを、所定の閾値、例えば１２％未満に維持するように、不活性ガスを注入することである。

【0006】

先行技術で知られている不活性ガス生成システムは、残留酸素濃度及び所望の流量について所望の純度を有する窒素富化ガスを生成し送給するように並列に配置された、少なくとも２つの空気分離モジュールを備える。

【0007】

不活性化システムは、タンクに送られる流れの種類を航空機飛行フェーズに合わせて調整するように空気分離モジュールの下流に設置された流量制御弁を備えることが好ましい。

【0008】

例えば０．４５～０．９０ｋｇ／ｍｉｎの低い流量調整速度であれば、特に約３％の酸素を含む、極めて高品質な不活性ガスの生成が可能になる。この低流量モードは、通常は、比較的低い不活性ガス流量を必要とする、例えば地上又は巡航フェーズといった、航空機が安定しているフェーズにおいて用いられる。

【0009】

下降モードにおいて、不活性化システムは、例えば０．６８～１．３６ｋｇ／ｍｉｎの高流量モードを用いる傾向があり、これによりタンクに送られる不活性ガスの流量は高くなるが、特に酸素が約１３％と不活性ガスの品質及び純度は低下してしまう。

【0010】

先行技術で知られている不活性ガス生成システムの主な欠点は、その大きさである。すなわち、空気分離モジュールを配置すると、実際の飛行フェーズの要求に対して、例えばモジュール及びろ過部品の数に関して生成システムが大き過ぎるものとなり、ケロシンの過剰消費や航空機の重量増加を引き起こす。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

従って、本発明の目的の１つは、特に純度及び低酸素含有について高品質な不活性ガスの生成を可能にする不活性ガス生成システムを提供することにより、上記の欠点を改善することである。

【0012】

本発明の他の目的は、航空機の要求及び飛行フェーズに合わせて調節できる不活性ガス生成システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明によれば、とりわけ少なくとも１つの航空機燃料タンクの不活性化システム用の、空気の流れから不活性ガスを生成する不活性ガス生成システムにおいて、不活性ガス生成システムが空気回路を備え、空気回路が、
空気吸入口と、
不活性ガス排出口と、
空気回路上に直列に配置され、空気中の酸素を低減させ窒素富化不活性ガスを生成するようになっている第１及び第２空気分離モジュールと
を備えることを特徴とする不活性ガス生成システムが開発された。

【0014】

空気分離モジュールは直列に配置され、非常に高純度、すなわち、特に約３％と極めて低酸素含有の不活性ガスの生成を可能にする。また、並列に配置された大型の分離モジュールと同様の性能を発揮する小型の分離モジュールを開発することができる。従って、不活性ガス生成システムを航空機の不活性化システムと一体化することが容易となる。

【0015】

本発明の特に有利な具体例によれば、空気回路は、空気の流れの一部を第１モジュールの上流から第２モジュールへ直接送る送給手段と、全ての空気の流れを第１モジュールの下流から不活性ガス排出口へ直接送る送給手段とを備える。

【0016】

従って、飛行フェーズ及び実際に要求される不活性ガスの量及び品質に適合するように、空気分離モジュールの配置を直列から並列に変更することが可能になる。

【0017】

本発明によれば、直列又は並列の空気分離モジュールを用いた方法によって、不活性ガスの流れを、一般に使用されている高流量／低流量調整に択一的に調整することが可能になる。

【0018】

このように、本発明によれば、オゾン変換器や粒子フィルタといったろ過設備を小型化すること、及び、システムの熱制御に関して特に有利な比較的一定の流量で空気分離モジュールを使用することが可能となる。不活性化システムの空気準備システムを小型化できる。

【0019】

本発明において特に興味深いのは、３つ以上の空気分離モジュールを備える大型の不活性化システムである。

【0020】

特定の具体例によれば、不活性ガス生成システムは、第１モジュールと第２モジュールとの間の空気回路に配置された第１弁と第２弁とを備え、第１弁は、第１バイパス回路によってガス排出口に接続され、第２弁は、第１モジュールの上流で、第２バイパス回路によって空気回路に接続される。使用される弁は、流量制御弁又は圧力制御弁とすることができる。

【0021】

空気分離モジュールは任意の種類とすることができる。第１及び第２空気分離モジュールは、好ましくは、モジュール毎に大きさが異なってもよいゼオライト膜を備える。

【0022】

本発明は、少なくとも１つの航空機燃料タンクの不活性化システムにも関するものである。先行技術において知られているように、このシステムは、少なくとも１つのエンジンから取り込まれた抽気及び／又は客室からの空気及び／又はコンプレッサを用いる空気準備システムを介した航空機の外からの空気が供給される、少なくとも１つの不活性ガス生成システムと、不活性ガス生成システムに接続された燃料タンクに不活性ガスを送るための配給手段とを備える。

【0023】

本発明によれば、この不活性化システムは、上記の特徴に従う不活性ガス生成システムであることを特徴とする。

【0024】

こうして、航空機タンクが、特に航空機の下降フェーズ中に、高い不活性ガス流量を必要とするとき、本発明は、不活性ガスが高品質となるように、空気分離モジュールを直列配置に変更することが可能になる。

【0025】

反対に、タンクが低い不活性ガス流量を必要とするときは、低流量の不活性ガスは既に高品質であるため、空気分離モジュールは、必要に応じて直列又は並列で使用することができる。

【0026】

更なる利点及び特徴は、添付の図面を参照した、本発明に係る不活性ガス生成システムについての非限定の例示による以下の説明によってより明確となろう。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明に係る不活性ガス生成システムの概略図。

【図2】本発明に係る不活性化システムを示す概略図。

【図3】空気分離モジュールの直列配置を示す、図１と同様の概略図。

【図4】空気分離モジュールの並列配置を示す、図１と同様の概略図。

【発明を実施するための形態】

【0028】

図１を参照すると、本発明は、窒素富化不活性ガスを生成するように酸素を激減させる空気回路２を備える不活性ガス生成システム１に関するものである。

【0029】

図２を参照すると、生成システム１は、特に、少なくとも１つの航空機燃料タンク１２用の不活性化システム１１において使用されるようになっている。そこで、不活性ガス生成システム１は、少なくとも１つのエンジンから取り込まれた抽気及び／又は客室からの空気及び／又はコンプレッサを用いる空気準備システム１４を介した航空機外からの空気が供給される空気吸入口３と、燃料タンク１２に不活性ガスを送るための配給手段１３に接続された不活性ガス排出口４とを備える。生成システム１は、酸素富化ガス排出口１５も備える。

【0030】

不活性化システム１１は、上記の航空機燃料タンク１２から爆発のリスクを軽減するという安全上の理由のために、不活性ガスを生成してそのタンク内に導入することを可能にする。注入された不活性ガスは、燃料タンク１２を不活性化することを目的とする。すなわち、注入された不活性ガスにより、タンク内に存在する酸素のレベルを低減させ、特に、このレベルを、所定の閾値未満、好ましくは１２％未満に維持することが可能になる。

【0031】

図１を参照すると、不活性ガス生成システム１は、例えば、高窒素含有の不活性ガス及び高酸素含有の不活性ガスが得られるように、空気を通過させるゼオライト膜を備える少なくとも２つの空気分離モジュール５，６を備える。

【0032】

本発明によれば、不活性ガス生成システム１の空気回路２は、２つの空気分離モジュール５，６を互いに接続させることができ、第１モジュール５の上流に空気の流れの一部を第２モジュール６へ直接送る選択的な送給の配置と、第１モジュール５の下流に全ての空気の流れを不活性ガス排出口４へ直接送る選択的な送給の配置とを備える。

【0033】

そこで、空気回路２は、第１及び第２空気分離モジュール５，６間に配置された２つの弁７，８を備える。第１弁７は、第１バイパス回路９を介してガス排出口４に直接接続されており、第２弁８は、第１空気分離モジュール５の上流で、第２バイパス回路１０を介して空気回路２に接続されている。

【0034】

従って、本発明によれば、空気分離モジュール５，６の配置を直列から並列に変更することが可能になる。

【0035】

航空機燃料タンクが、特に下降フェーズのような航空機の不安定なフェーズの際に、大きい不活性ガス流量を必要とするとき、上記の不活性ガスを高品質であり且つ約３％の低酸素含有に保ちながら高い不活性ガス流量を得られるように、空気分離モジュール５，６は、弁７，８の作動によって、直列配置に変更される。

【0036】

そこで、図３を参照すると、弁７，８は直列制御位置から切り替えられる。空気回路２内を循環する空気の流れは、第１空気分離モジュール５を横断し、第１及び第２弁７，８を通過し、第２空気分離モジュール６を横断し、そして不活性ガス排出口４から排出されて、タンク内に配給及び注入される。

【0037】

空気分離モジュール５，６の直列配置は、航空機の巡航フェーズ中も可能であり、これにより、不活性ガス生成システム１のろ過部品の大きさを最適化できる。

【0038】

他方、要求又は飛行フェーズに応じて、タンクが小さい不活性ガス流量を必要とする場合、空気分離モジュール５，６は、弁７，８の作動によって、並列配置に変更される。

【0039】

そこで、図４を参照すると、弁７，８は並列制御位置に切り替えられる。空気吸入口３から、
空気回路２内を循環する空気の流れの第１部分が、第１弁７へと第１空気分離モジュール５を横断し、その後、第１バイパス回路９内の空気の流れの第１部分は、第１弁７によって、第２分離モジュール６を通過せずに不活性ガス排出口４に直接送給され、
空気の流れの第２部分が、第２バイパス回路１０内で、第２弁８によって、第１分離モジュール５を通過せずに第２分離モジュール６の吸入口に直接送給され、不活性ガス排出口４へと第２モジュール６を横断する。

【0040】

本発明によれば、空気分離モジュール５，６の直列又は並列の配置に応じて、異なる流量で同様の純度の不活性ガスが得られる。これは、異なる流量で一定の品質及び純度の不活性ガスの生成が必要とされる場合に特に有利である。

【0041】

本発明は、使用される弁７，８が圧力制御弁又は流量制御弁である場合に特に有利である。

【0042】

勿論、本発明の範囲を逸脱しない他の具体例として、特に、例えば閉ループ制御の用途において、要求を満たす純度の不活性ガスを生成するように３つ以上の空気分離モジュール５，６を備える生成システム１が可能である。本発明の重要な観点は、直列に配置された空気分離モジュール５，６を有し、必要に応じてそれらの空気分離モジュール５，６を並列配置に有利に変更可能な不活性ガス生成システム１を提供することである。他方、空気分離モジュール５，６が３つ以上の場合、他の可能な配置は、直列及び並列に配置される空気分離モジュール５，６又は直列にのみ配置される空気分離モジュール５，６である。また、不活性ガスの要求量及び要求品質に調整するため、第１モジュール５のゼオライト膜の大きさを、第２モジュール６のゼオライト膜の大きさと異ならせることができる。

【0043】

本発明に係る不活性ガス生成システム１は、上記酸素富化ガス内に残留する窒素を抽出して上記システムの効率を向上するように、生成システム１の出口１５にも用いることができる。

【0044】

同様に、不活性ガス生成システム１は酸素富化ガスも生成するため、本発明は、直列又は並列に選択的に配置される空気分離モジュールを用いた酸素富化ガスの生成に使用できる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】