热力学优化的超前灭火系统的制作方法

热力学优化的超前灭火系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及热力学优化的超前灭火系统。用于飞行器的灭火系统包括空气分离模块，该空气分离模块构造成接收排气和冲压空气、受调节压缩机引气、以及其任何组合。空气分离模块还构造成提供富氮空气和惰性气体。所述富氮空气流入到富氮空气分配网络中，以用于燃料箱惰性化。惰性气体流入到惰性气体分配网络中，以用于所述飞行器的除了燃料箱以外的区域的灭火。
【专利说明】热力学优化的超前灭火系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及飞行器灭火系统，且更特别地涉及一种利用惰性气体来灭火的系统和方法。
【背景技术】
[0002]当前，一些卫生间和厨房通风(LGV)系统从卫生间、厨房以及可选的机务人员休息室排出空气，以提供通风和飞机级别的烟雾管理。排气提供抽吸以供客舱和驾驶舱区域温度传感器、顶部(crest)休息区域温度传感器、和散货舱区域温度传感器吸入。排气还提供补充或备用热沉能力，以从功率电子器件冷却系统除去废热。排气随后向舷外排出。前货舱和后货舱区域以及散货集装箱加热系统向后货舱和散货集装箱舱室(AC/BC)提供通风和加热。用于该加热系统的空气典型地排出到飞行器的下舱底/龙骨梁区域，并且随后还排出到舷外。这些系统在热力学上效率低，这是因为做功来吸入、压缩以及调节LGV和AC/BC空气流，并且过量空气向舷外排出并且未被使用。
[0003]当前燃料箱惰性化系统需要外部空气进气，在这里空气分离模块供应有冲压空气或受调节压缩机引气，以便产生用于燃料箱惰性化的富氮空气。该空气分离模块是氮气产生系统的一部分，该氮气产生系统提供用于灭火的富氮空气。然而，冲压空气入口由于该冲压空气进气开口的尺寸而导致空气动力学蒙皮摩擦增加。压缩机引气是不想要的寄生损失。此外，一些系统可能需要附加氮气箱或瓶，以用于有效的火灾防护和抑制。迄今全部货舱灭火系统使用作为消耗臭氧层物质的halon-1301。《蒙特利尔议定书》强制规定了淘汰用于商业和工业防火的halon-1301。但是，目前并不存在用于货舱的商业防火的可行选择。

【发明内容】

[0004]在一个实施方式中，用于飞行器的灭火系统包括空气分离模块，所述空气分离模块构造成接收排气和冲压空气、受调节压缩机弓I气、及其任何组合。空气分离模块还构造成提供富氮空气和惰性气体。富氮空气流入到富氮空气分配网络，以用于燃料箱惰性化。惰性气体流入惰性气体分配网络中，以用于飞行器的除燃料箱以外的区域的灭火。
[0005]在另一实施方式中，用于飞行器的灭火方法包括:将排气和冲压空气、受调节压缩机引气、及其任何组合输送到空气分离模块中。所述空气分离模块产生富氮空气和惰性气体。富氮空气从空气分离模块被输送到富氮空气分配网络中用于燃料箱惰性化。惰性气体从惰性气体发生器被输送到惰性气体分配网络中，以用于飞行器的除燃料箱以外的区域的灭火。
【专利附图】

【附图说明】
[0006]图1是灭火系统的示意图。
【具体实施方式】[0007]本发明提供一种用于飞行器货舱区域、干燥舱室、以及需要防火的其他区域的灭火系统和方法。具体地，本发明的氮气产生系统除了进气之外还利用来自机身的加压区域的排气，并且与用于机身的非加压和加压区域的基于惰性气体的灭火相集成。因此，本发明提高了飞行器的热力学效率。
[0008]图1是根据本发明实施方式的灭火系统10的示意图。灭火系统10包括卫生间和厨房通风(LGV)系统12、前货舱区域14、后货舱区域16、散货集装箱18以及舱底/龙骨梁区域20。灭火系统10还包括排气止回阀22、24、26、28和30，这些排气止回阀允许排气流分别通过排气管线32、34、36、38和40进入到混合歧管42中。流量阀44控制排气从混合歧管42至氮气产生系统(NGS) 48的排气输入46的流量。
[0009]灭火系统10的NGS 48提供用于燃料箱惰性化的富氮空气。NGS 48还包括排气输入46、进气输入50、空气分离模块(ASM)52、富氮空气(NEA)管线54、空气舷外管线56、氮气(N2) /惰性气体管线58、NEA混合器60、止回阀62,64和66、NEA管线68,70和72、左燃料箱74、中间燃料箱76、右燃料箱78以及三路流量阀80。
[0010]进气流经进气输入50并进入到ASM 52中。在一个实施方式中，进气可以是冲压空气。在另一实施方式中，进气可以是受调节压缩机引气。在替代实施方式中，进气可以包括冲压空气和受调节压缩机引气二者。排气流经排气输入46并进入到ASM 52中。ΝΕΑ、舷外空气和N2/惰性气体流出ASM 52并分别进入到NEA管线54、空气舷外管线56和N2/惰性气体管线58。NEA流经NEA管线54而进入到NGS 48的NEA混合器60中。止回阀62、64和66允许富氮空气流分别通过NEA管线68、70和72而进入到左燃料箱74、中间燃料箱76、和右燃料箱78中。来自ASM 52的N2/惰性气体流经N2/惰性气体管线58并且进入到三路流量阀80中。N2/惰性气体流经三路流量阀80并且可流入N2/惰性气体管线81或N2/惰性气体管线82中。
[0011]灭火系统10将NEA或N2/惰性气体供应到飞行器的全部区域，例如左燃料箱74、中间燃料箱76和右燃料箱78、LGV系统12、前货舱区域14、后货舱区域16、散货集装箱18和舱底/龙骨梁区域20。为了提供N2/惰性气体灭火，灭火系统10包括氮气混合器84、Ν2/惰性气体管线86、N2/惰性气体储存装置88、N2/惰性气体管线90、流量阀91、流量调节器92、混合器出口管线94、泄压阀95、止回阀96、98和100、航空电子设备/电子器件(Α/Ε)系统102、轮舱(Wff) 104、非加压区域106、混合器出口管线108、泄压阀109、止回阀110、112、114、116和118、流量控制器120、传感器/警告系统122、和传感器网络124。
[0012]来自N2/惰性气体管线82的N2/惰性气体流入氮气混合器84中，或者通过N2/惰性气体管线86进入到N2/惰性气体储存装置88中。N2/惰性气体从N2/惰性气体储存装置88流经N2/惰性气体管线90、流经流量阀91、流经流量调节器92并流入到氮气混合器84中。N2/惰性气体从氮气混合器84流入到混合器出口管线94和108中。止回阀96、98和100允许N2/惰性气体流分别通过混合器出口管线94以及通过泄压阀95而进入到Α/Ε系统102、Wff 104、和非加压区域106中。止回阀110、112、114、116和118允许N2/惰性气体流分别通过混合器出口管线108以及通过泄压阀109而进入到舱底/龙骨梁区域20、散货集装箱18、后货舱区域16、前货舱区域14和LGV系统12中。
[0013]LGV系统12、前货舱区域14、后货舱区域16、散货集装箱18和舱底/龙骨梁区域20产生排气，该排气分别被引导到排气管线32、34、36、38和40中。排气分别流经排气管线32、34、36、38和40，流经排气止回阀22、24、26、28和30，并进入到混合歧管42以用于混合和压力调制控制。如果在LGV系统12、前货舱区域14、后货舱区域16、散货集装箱18或舱底/龙骨梁区域中检测到火灾，则排气止回阀22、24、26、28和30能够分别被选择性地关闭。除了来自进气输入50的进气外，NGS 48还接收来自排气输入46的排气。因此，排气不是从LGV系统12、前货舱区域14、后货舱区域16、散货集装箱18和舱底/龙骨梁区域20向舷外排出，来自LGV系统12、前货舱区域14、后货舱区域16、散货集装箱18和舱底/龙骨梁区域20的排气的热能被进一步利用，从而导致飞行器的总热力学效率提高。
[0014]在一个实施方式中，流量阀44是监测NEA的总需求的计量/比例调节阀，从而优化通过排气输入46的排气流以及通过进气输入50到ASM 52中的进气流。在另一实施方式中，混合歧管42配置有流量传感器和压力传感器，基于从LGV系统12、前货舱区域14、后货舱区域16、散货集装箱18和舱底/龙骨梁区域20有多少排气可用，所述流量传感器和压力传感器有助于调节通过进气输入50到ASM 52中的进气流。
[0015]将来自排气管线32、34、36、38和40的排气用于NGS 48降低了从用于NGS 48的进气输入50输送的进气的需求。这允许实现用于进气输入50的冲压空气入口的较小直径，这降低了冲压空气入口的截面面积，从而减少了相关的空气动力学飞行器蒙皮摩擦损失。此外，将排气输送通过排气输入46以及将进气输送通过进气输入50而进入NGS 48的ASM52中允许NGS 48更小且更为紧凑。
[0016]灭火系统10将NGS 48与用于飞行器的非加压和加压区域的基于惰性气体的灭火相集成。ASM 52从排气输入46和进气输入50去除氧气。ASM 52产生NEA和惰性气体，所述NEA流入NEA管线54中，所述惰性气体流入N2/惰性气体管线58中。从ASM 52去除的氧气通过空气舷外管线56向舷外排出。未由NGS 48使用的任何过量空气也通过空气舷外管线56向舷外排出。
[0017]N2/惰性气体从ASM 52流入到N2/惰性气体管线58中并且随后流入到三路流量阀80中。传感器/警告系统122和传感器网络124警告ASM 52惰性气体是否有必要用于机身的非加压和加压区域中的基于惰性气体的灭火。在一个实施方式中，如果立即需要灭火，那么惰性气体流入N2/惰性气体管线58中、通过三路流量阀80、通过N2/惰性气体管线82并且流入到氮气混合器84中。混合器出口管线94和108随后将用于灭火的N2/惰性气体传输到机身的需要灭火的任何非加压或加压区域。
[0018]在一个实施方式中，混合器出口管线94和108中的N2/惰性气体包含99%的氮气和1%的其他惰性气体(选自包括氦、氖、氩、氪、氙、氡以及其任何组合的组)。惰性气体是环境友好的，且因此对于机身的非加压和加压区域的灭火是有利的。相反，诸如卤化烃(halon)的消耗臭氧层物质对于灭火来说是有效的，但是当用于救火时释放酸性分解产物气体到环境中。
[0019]流量控制器120、传感器/警告系统122和传感器网络124控制N2/惰性气体流通过混合器出口管线94和108到机身的需要灭火的非加压和加压区域中。止回阀96、98和100允许混合器出口管线94中的N2/惰性气体仅分别流入到A/E系统102、Wff 104和非加压区域106中。止回阀96、98和100分别停止任何流离开A/E系统102、Wff 104和非加压区域106，使得任何火灾不会蔓延到机身的其余部分。止回阀110、112、114、116和118允许混合器出口管线108中的N2/惰性气体仅分别流入到舱底/龙骨梁区域20、散货集装箱18、后货舱区域16、前货舱区域14和LGV系统12。止回阀110、112、114、116和118分别停止任何流离开舱底/龙骨梁区域20、散货集装箱18、后货舱区域16、前货舱区域14和LGV系统12，使得任何火灾不会蔓延到机身的其余部分。
[0020]在另一实施方式中，如果不必立即执行灭火，那么混合器出口管线94和108被填充，使得这些混合器出口管线在有必要时被填装。泄压阀95和109防止混合器出口管线94和108的过量填装。在另一实施方式中，如果混合器出口管线94和混合器出口管线108都被填充N2/惰性气体，则N2/惰性气体从N2/惰性气体管线82流出、通过N2/惰性气体管线86并进入到N2/惰性气体储存装置88中。N2/惰性气体储存装置88可包含其他灭火剂，例如 Novec-1230、HFC-125、2-BTP、HFC-236fa、HFC-227ea 和 Halon-1301。N2/ 惰性气体从 N2/惰性气体储存装置88流出、进入到N2/惰性气体管线90中、通过流量阀91、通过流量调节器92并进入到氮气混合器84中。流量阀91是故障-安全的“打开”阀。如果流量阀91不能够致动N2/惰性气体从N2/惰性气体储存装置88的流动，那么流量阀91将保持打开，从而允许N2/惰性气体流经N2/惰性气体管线90，以被分配用于灭火。来自N2/惰性气体管线82和90的惰性气体随后在氮气混合器84中被混合，并且被分配以用于通过混合器出口管线94和108来灭火。在另一实施方式中，如果不必立即进行灭火，混合器出口管线94和108被填充N2/惰性气体，并且N2/惰性气体储存装置88也填充有N2/惰性气体，那么N2/惰性气体流经N2/惰性气体管线58、流经三路流量阀80、流经N2/惰性气体管线81，并且会合到NEA管线54中。
[0021]在一个实施方式中，NEA从ASM 52流出，通过NEA管线54、进入到NEA混合器60中，并且随后被混合。在另一实施方式中，NEA和来自N2/惰性气体管线81的N2/惰性气体流经NEA管线54、进入到NEA混合器60中，并且随后被混合。止回阀62、64和66允许NEA流分别通过NEA管线68、70和72而进入到左燃料箱74、中间燃料箱76、和右燃料箱78中。止回阀62、64和66分别停止任何流离开左燃料箱74、中间燃料箱76、和右燃料箱78，使得任何火灾不会蔓延。在一个实施方式中，NEA管线68、70和72中的NEA包含少于11%的氧气，并且在另一实施方式中，NEA管线68、70和72中的NEA包含少于8%的氧气。NEA提供惰性环境，这防止燃料箱起燃事故。
[0022]虽然已经参考示例性实施方式描述了本发明，但是本领域技术人员将理解的是，可作出各种变化并且等同物可替代其元件，而不偏离本发明的范围。此外，可作出许多改进以使得具体情形或材料适应本发明的教导，而不偏离本发明的实质范围。因此，本发明旨在不限于所公开的【具体实施方式】，而是本发明将包括落入所附权利要求书范围内的全部实施方式。
【权利要求】
1.一种用于飞行器的灭火系统，所述灭火系统包括: 空气分离模块，所述空气分离模块构造成接收排气和进气并且构造成提供富氮空气和惰性气体； 富氮空气分配网络，所述富氮空气流入到所述富氮空气分配网络中用于燃料箱惰性化；以及 惰性气体分配网络，所述惰性气体流入到所述惰性气体分配网络中用于所述飞行器的除燃料箱之外的区域的灭火。
2.根据权利要求1所述的灭火系统，其中，所述进气包括冲压空气、受调节压缩机引气、或冲压空气和受调节压缩机引气的组合。
3.根据权利要求1所述的灭火系统，其中，所述惰性气体分配网络包括储存箱，当不必立即进行灭火时所述储存箱用于储存所述惰性气体。
4.根据权利要求3所述的灭火系统，其中，所述惰性气体分配网络还包括流量调节器，当有必要进行灭火时，所述流量调节器用于调节来自所述储存箱并进入到待被分配的混合器的所述惰性气体的流量。
5.根据权利要求1所述的灭火系统，其中，所述富氮空气包括少于11%的氧气。
6.根据权利要求1所述的灭火系统，其中，所述富氮空气包括少于8%的氧气。
7.根据权利要求1所述的灭火系统，其中，所述惰性气体包括氮气以及微量的选自包括氦、氖、氩、氪和氙的组的至少一种气体。
8.根据权利要求1所述的`灭火系统，其中，所述空气分离模块从下述中的至少一种接收所述排气:卫生间和厨房通风系统；前货舱区域；后货舱区域；散货集装箱；舱底/龙骨梁区域；及其任何组合。
9.根据权利要求1所述的灭火系统，其中，所述富氮空气分配系统构造成向左燃料箱、中间燃料箱和右燃料箱提供燃料箱惰性化。
10.根据权利要求1所述的灭火系统，其中，所述惰性气体分配网络构造成提供用于下述中的至少一个的灭火:航空电子设备；电子器件；用于起落架的轮舱；以及需要灭火的任何附加非加压机身区域。
11.根据权利要求1所述的灭火系统，其中，所述惰性气体分配网络构造成提供用于下述中的至少一个的灭火:卫生间和厨房通风系统；前货舱区域；后货舱区域；散货集装箱；以及加压舱底/龙骨梁区域。
12.根据权利要求1所述的灭火系统，其中，所述空气分离模块还构造成向空气舷外管线提供不想要的气体，其中，所述不想要的气体包括氧气。
13.根据权利要求1所述的灭火系统，其中，惰性气体流分配网络包括流量阀，所述流量阀构造成接收所述惰性气体并将所述惰性气体引导通过所述惰性气体分配网络以及引导所述惰性气体与所述富氮空气混合并且流入到所述富氮空气分配网络中。
14.一种用于飞行器的灭火方法，所述灭火方法包括: 将排气和进气输送到空气分离模块中； 在所述空气分离模块中产生富氮空气和惰性气体； 将来自所述空气分离模块的富氮空气输送到富氮空气分配网络中，以用于燃料箱惰性化；以及将来自所述空气分离模块的惰性气体输送到惰性气体分配网络中，以用于所述飞行器的除所述燃料箱以外的区域的灭火。
15.根据权利要求14所述的灭火方法，其中，所述进气包括冲压空气、受调节压缩机引气、或冲压空气和受调节压缩机引气的组合。
16.根据权利要求14所述的灭火方法，还包括:将来自所述空气分离模块的不想要的气体提供至空气舷外管线，所述不想要的气体包括氧气。
17.根据权利要求14所述的灭火方法，还包括:使所述惰性气体流经所述惰性气体分配网络中的流量阀，所述流量阀构造成接收所述惰性气体并且将所述惰性气体引导通过所述惰性气体分配网络、并且将所述惰性气体引导成与所述富氮空气合并并且流入到所述富氮空气分配网络中。
18.根据权利要求14所述的灭火方法，其中，所述惰性气体分配网络引导所述惰性气体，以为下述中的至少一者提供灭火:航空电子设备；电子器件；用于起落架的轮舱；以及需要灭火的任何附加非加压机身区域。
19.根据权利要求14所述的灭火方法，其中，所述惰性气体分配网络引导所述惰性气体，以为下述中的至少一者提供灭火:卫生间和厨房通风系统；前货舱区域；后货舱区域；散货集装箱；以及加压舱底/龙骨梁区域。
20.根据权利要求14所述的灭火方法，其中，所述惰性气体流经所述惰性气体分配网络中的混合器，以提供立即灭火。
21.根据权利要求20所述的灭火方法，其中，在不必立即执行灭火的情况下，所述惰性气体流向储存箱。
22.根据权利要求21所述的灭火`方法，其中，当有必要灭火时，所述惰性气体分配网络中的流量调节器调节来自所述储存箱并进入到所述混合器待被分配的所述惰性气体的流量。
23.根据权利要求14所述的灭火方法，其中，所述排气从下述中的至少一者被接收:卫生间和厨房通风系统；前货舱区域；后货舱区域；散货集装箱；加压舱底/龙骨梁区域；或者其任何组合。
24.根据权利要求14所述的灭火方法，其中，所述富氮空气包括少于11%的氧气。
25.根据权利要求14所述的灭火方法，其中，所述富氮空气包括少于8%的氧气。
26.根据权利要求14所述的灭火方法，其中，所述惰性气体包括氮气以及微量的选自包括氦、氖、氩、氪和氙的组的至少一种气体。
【文档编号】A62C3/08GK103768744SQ201310505600
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年10月24日 优先权日:2012年10月24日
【发明者】L.A.里巴罗夫, A.查塔维, D.L.西巴拉克 申请人:哈米尔顿森德斯特兰德公司