容器組合件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及容器組合件及其相關(guān)方法。本發(fā)明可以典型但并非唯一地用于從飛行器燃料箱移除水。
【背景技術(shù)】
[0002]飛行器燃料箱中的水沾污會(huì)導(dǎo)致關(guān)于飛行器燃料系統(tǒng)的許多問(wèn)題。當(dāng)飛行器到達(dá)高度時(shí)，環(huán)境溫度下降至約-50°C，這會(huì)導(dǎo)致在燃料箱中形成冰。這會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差和失效、燃料栗的堵塞以及對(duì)燃料栗壓力開(kāi)關(guān)的干擾。水在燃料箱中的存在也可能導(dǎo)致微生物污染物(MBC)的增加，從而會(huì)導(dǎo)致類(lèi)似的問(wèn)題。因此，期望的是在這些問(wèn)題發(fā)生之前從燃料箱中移除水。
[0003]用于從燃料箱排出水的常規(guī)方法包括在燃料箱的底板上提供排水閥。然而，這些排水閥通常不能將水與燃料區(qū)分開(kāi)。其結(jié)果是當(dāng)水排出時(shí)從容器損失了燃料并且通常為防止上述問(wèn)題而使得沒(méi)有移除足夠的水。另外，在飛行器著陸時(shí)，需要操作員從燃料箱排出水。因此，該方法也是昂貴且耗時(shí)的。
[0004]R.R Nair等(下文被稱(chēng)為“Nair等”)在Science的2012年I月27日的第335卷，第 6067 期的 442 至 444 頁(yè)、DOI:10.1126/ 科學(xué).1211694 的“Unimpeded Permeat1nof Water Through He I ium-Leak-T i ght Graphene-Based Membranes” ( “水穿過(guò)防氦滲漏的石墨烯基膜的無(wú)阻滲透”)證明了由石墨烯氧化物制成的亞微米厚膜能夠?qū)σ后w、蒸汽和氣體包括He完全不可滲透，但這些膜允許水無(wú)阻地滲透。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的第一方面提供了一種容器組合件，該容器組合件包括:用于儲(chǔ)存液態(tài)烴的容器，該容器具有用于支承液態(tài)烴重量的底板；以及過(guò)濾器，過(guò)濾器裝配至容器的底板，過(guò)濾器布置成允許容器中的液態(tài)水穿過(guò)過(guò)濾器排出容器但基本防止容器中的液態(tài)烴穿過(guò)過(guò)濾器排出容器。
[0006]本發(fā)明的第二方面提供了一種從儲(chǔ)存液態(tài)烴的容器排出水的方法，該容器具有用于支承液態(tài)烴重量的底板，該方法包括將過(guò)濾器裝配在容器的底板中，過(guò)濾器布置成允許容器中的液態(tài)水穿過(guò)過(guò)濾器排出容器但基本防止容器中的液態(tài)烴穿過(guò)過(guò)濾器排出容器。
[0007]本發(fā)明提供了一種容器組合件及其相關(guān)方法，所述方法使水自動(dòng)排出容器(也就是說(shuō)，在裝配過(guò)濾器之后無(wú)任何手動(dòng)干預(yù))并且可靠地防止容器中的液態(tài)烴與水一起排出容器。
[0008]過(guò)濾器典型地包括滲透構(gòu)件如膜，其由下述材料制成，所述材料允許容器中的液態(tài)水滲透穿過(guò)滲透構(gòu)件但基本防止容器中的液態(tài)烴滲透穿過(guò)滲透構(gòu)件。例如，滲透構(gòu)件可以包括石墨烯氧化物(通常為層狀結(jié)構(gòu)的石墨烯氧化物微晶)，石墨烯氧化物具有納米孔洞的陣列或豎向排列的中空納米管如碳納米管的陣列的結(jié)構(gòu)。
[0009]支承格柵可以支承滲透構(gòu)件以防止?jié)B透構(gòu)件在液態(tài)烴的重量下破裂。
[0010]優(yōu)選地，滲透構(gòu)件的強(qiáng)度足夠高以使得滲透構(gòu)件能夠支承30，OOOPa(300毫巴(mbar)或50，OOOPa(500毫巴)的壓力差。
[0011]可選地，滲透構(gòu)件的強(qiáng)度足夠高以使得滲透構(gòu)件能夠支承100，000Pa(1000毫巴)
的壓力差。
[0012]過(guò)濾器可以裝配至容器的底板中的孔中，該孔通常(然而并非唯一地)位于燃料箱的底板的低點(diǎn)處。在底板由層狀復(fù)合材料制成的情況下，一一層狀復(fù)合材料包括在相對(duì)低電導(dǎo)率基體(例如環(huán)氧樹(shù)脂)內(nèi)的導(dǎo)電纖維(如碳纖維)一一則優(yōu)選的是過(guò)濾器提供用于使電流穿過(guò)孔的流動(dòng)路徑。例如，滲透構(gòu)件膜可以是導(dǎo)電的以提供用于使電流穿過(guò)孔的流動(dòng)路徑?？蛇x地，除滲透構(gòu)件之外，導(dǎo)電材料的格柵可以結(jié)合到過(guò)濾器中。
[0013]泄漏傳感器可以布置成檢測(cè)已經(jīng)穿過(guò)過(guò)濾器泄漏的任何液態(tài)烴。泄漏傳感器可以放置在過(guò)濾器內(nèi)或放置在過(guò)濾器下方。
[0014]過(guò)濾器可以包括通過(guò)過(guò)濾器室分離的上膜和下膜?？蛇x地，可以在膜之間設(shè)置可具有防凍特性的液體支承層?？蛇x地，下膜帶有密封構(gòu)件并且布置成在上膜失效并且允許液態(tài)烴進(jìn)入過(guò)濾器室并且接觸下膜的情況下向下移動(dòng)并且用密封構(gòu)件封閉排水口。
[0015]容器的底板可以包括形成有孔的兩個(gè)或更多個(gè)底板層的堆疊體。典型地，這些層由復(fù)合材料形成。過(guò)濾器可以包括一個(gè)或更多個(gè)膜，所述一個(gè)或更多個(gè)膜填充該孔并且布置成允許容器中的液態(tài)水穿過(guò)膜排出容器但基本防止容器中的液態(tài)烴穿過(guò)膜排出容器，并且膜(或每個(gè)膜)具有夾在一對(duì)所述底板層之間的邊緣。
[0016]可以設(shè)置有具有位于與過(guò)濾器相鄰的入口的栗，該栗布置成將液態(tài)烴栗送離開(kāi)過(guò)濾器。
[0017]容器最典型的是燃料箱并且液態(tài)烴是液態(tài)烴燃料如汽油或煤油。替代性地，烴可以是液壓流體或其他烴。
[0018]組合件典型地還包括栗，該栗用于從容器栗出液態(tài)烴例如栗入發(fā)動(dòng)機(jī)或其他燃料箱中。
[0019]該容器可以安裝在飛行器上但本發(fā)明也可以在例如燃料儲(chǔ)存?zhèn)}或燃料運(yùn)輸車(chē)中實(shí)施。這使得能夠在燃料在栗送至飛行器的燃料箱之前從燃料儲(chǔ)存?zhèn)}或燃料運(yùn)輸車(chē)中的燃料移除水。
[0020]可選地，可以設(shè)置覆蓋過(guò)濾器并且使過(guò)濾器與容器外側(cè)的冷空氣絕緣的絕緣門(mén)，其中，門(mén)可以打開(kāi)以使得水能夠穿過(guò)過(guò)濾器排出容器。
【附圖說(shuō)明】
[0021]現(xiàn)在將參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行描述，在附圖中:
[0022]圖1是飛行器的示意圖；
[0023]圖2是容置在圖1的飛行器的機(jī)翼內(nèi)的燃料箱組合件的示意圖；
[0024]圖3是圖2中所示的過(guò)濾器的放大圖；
[0025]圖4是滲透構(gòu)件的示意圖，示出了滲透構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和工作模式；
[0026]圖5示出了用于在圖2的燃料箱組合件中使用的可選的過(guò)濾器；
[0027]圖6是石墨烯氧化物膜的示意圖，示出了石墨烯氧化物膜的結(jié)構(gòu)和工作模式；
[0028]圖7示出了用于在圖2的燃料箱組合件中使用的另一可選的過(guò)濾器；
[0029]圖8示出了用于在圖2的燃料箱組合件中使用的另一可選的過(guò)濾器；以及
[0030]圖9示出了具有轉(zhuǎn)門(mén)(swinging door)的過(guò)濾器。
【具體實(shí)施方式】
[0031]參照?qǐng)D1，飛行器I包括承載一對(duì)機(jī)翼3、4的機(jī)身2。每個(gè)機(jī)翼3、4承載發(fā)動(dòng)機(jī)5、6。用于每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料儲(chǔ)存在機(jī)身2內(nèi)的中央容器以及機(jī)翼3、4內(nèi)的一個(gè)或更多個(gè)機(jī)翼容器中。以下描述涉及機(jī)翼容器中的一個(gè)機(jī)翼容器但同樣可以涉及中央容器或任何附加機(jī)翼容器。
[0032]圖2是機(jī)翼容器8的示意圖，機(jī)翼容器8包括前梁10和后梁12，以及上蓋14和下蓋16，上蓋14和下蓋16附接至梁10、12并且在梁10與梁12之間延伸。一對(duì)肋部(未示出)提供容器8的翼展方向上的邊界。機(jī)翼容器8充滿(mǎn)煤油液體燃料18。下蓋16提供支承燃料18的重量的燃料箱的底板。
[0033]過(guò)濾器20裝配在下蓋16中的在蓋16的低點(diǎn)處的孔中。盡管在圖2中僅示出了一個(gè)過(guò)濾器20，然而，在需要的情況下下蓋16可以結(jié)合兩個(gè)或更多個(gè)過(guò)濾器20。過(guò)濾器20包括殼體23和裝配在殼體23中的滲透構(gòu)件22。滲透殼體22通過(guò)彈性擋圈26保持在殼體23內(nèi)，彈性擋圈26可以被移除以裝配或拆卸滲透構(gòu)件22和殼體。
[0034]滲透構(gòu)件22設(shè)計(jì)成使得滲透構(gòu)件22允許水分子24通過(guò)(如圖4中所示)但防止噴氣燃料(煤油)分子通過(guò)滲透構(gòu)件22。當(dāng)飛行器I在高海拔時(shí)，燃料箱中的任何水將因低的環(huán)境溫度(_50°C)而凝固形成冰。然而，在這種情況下，凝固的水將不能穿過(guò)滲透構(gòu)件22離開(kāi)容器。僅當(dāng)環(huán)境溫度足夠高使冰融化形成液態(tài)水時(shí)，即當(dāng)飛行器著陸時(shí)和在飛行器工作時(shí)的上升和下降期間的情況下，水可以穿過(guò)過(guò)濾器20排出容器。以下描述假設(shè)水呈液體形式。
[0035]由于水的密度比煤油高，因此水將傾向于沉至機(jī)翼容器8的底部。流體壓頭在容器8的底部處產(chǎn)生壓力，并且為了增加該壓力，可選地，還可以設(shè)置栗(未示出)。壓力使水從容器內(nèi)側(cè)穿過(guò)滲透構(gòu)件22至容器外側(cè)的環(huán)境空氣。由于滲透構(gòu)件22的內(nèi)表面是光滑的和抗水的，大量水可以穿過(guò)滲透構(gòu)件22的孔隙而不會(huì)使?jié)B透構(gòu)件22的內(nèi)表面結(jié)垢。過(guò)濾器可以設(shè)計(jì)成允許從容器每秒排出Ig至2g的液態(tài)水。假設(shè)飛行器在航班之間著陸約2小時(shí)，則這將允許在飛行器的每次周轉(zhuǎn)期間自動(dòng)排出約7kg至14kg的水。
[0036]具有下述孔隙尺寸的滲透構(gòu)件22允許水穿過(guò)滲透構(gòu)件22并且阻止噴氣燃料(煤油)穿過(guò)滲透構(gòu)件22，所述孔隙尺寸比18g/mol的截留分子量(MffCO)(通常寫(xiě)作道爾頓[Da])大一其與水分子量對(duì)應(yīng)，但比56g/mol的截留分子量(MffCO)小——其與煤油中的最小分子類(lèi)型(丁烯烯烴)對(duì)應(yīng)。
[0037]如圖4的特寫(xiě)圖示意性地示出的，滲透構(gòu)件22可以是超濾(UF)膜，該超濾膜包括納米孔洞的陣列或豎向排列的中空納米管(如碳納米管)的陣列。應(yīng)當(dāng)指出的是在圖4中僅示出了 3個(gè)這樣的碳納米管，但應(yīng)當(dāng)理解的是滲透構(gòu)件應(yīng)包括多個(gè)這樣的碳納米管的陣列。此外，碳納米管的縱橫比將顯著大于圖4中所示的縱橫比。
[0038]每個(gè)碳納米管形成具有軸向通道的中空管，該軸向通道的截面為大致圓形，寬度為D，并且不沿著納米管的長(zhǎng)度變化。每個(gè)通道具有入口 22a和出口 22b。通道允許燃料箱中的液態(tài)水24穿過(guò)通道排出燃料箱但基本防止燃料箱中的液態(tài)烴燃料25穿過(guò)通道排出燃料箱。
[0039]回到圖2，機(jī)翼容器包括具有入口 31和出口 32的燃料栗30，出口 32連接至通向發(fā)動(dòng)機(jī)5、6中的一者的燃料管路33。入口 31定位成與過(guò)濾器20相鄰。燃料栗30在入口31處提供抽吸以將燃料從容器經(jīng)過(guò)出口 32輸送至燃料管路33中或使燃料在容器內(nèi)再循環(huán)。通過(guò)將入口 31鄰近于過(guò)濾器20設(shè)置，可能堵塞過(guò)濾器的孔隙的任何煤油分子將吸入燃料栗中，從而清潔了滲透構(gòu)件的孔隙。由于過(guò)濾器在燃料栗的操作期間得到有效清潔，延長(zhǎng)了過(guò)濾器的壽命，因而這種設(shè)計(jì)是有益的。
[0040]在圖5中示出了替代過(guò)濾器20在用于圖2的燃料箱中使用的可選的過(guò)濾器40。過(guò)濾器40包括由層狀結(jié)構(gòu)的石墨烯氧化物微晶制成的上膜41，所述層狀結(jié)構(gòu)的石墨烯氧化物微晶通過(guò)Nair等描述的工藝制造。這種材料允許容器中的液態(tài)水滲透過(guò)上膜41而排出容器但基本防止容器中的液態(tài)烴滲透過(guò)上膜41而排出容器。圖6示出了可能的滲透機(jī)制。膜41具有石墨烯氧化物微晶53的層狀結(jié)構(gòu)，該石墨烯氧化物微晶的層狀結(jié)構(gòu)具有提供水54滲透通過(guò)膜厚的路線的納米毛細(xì)管網(wǎng)。
[0041]上膜41具有足以支承來(lái)自頂部燃油的靜壓力的厚度。這種壓力以(.* g * h)給出。翼尖與翼根之間的高度差(h)通常在2m與7m之間。選擇最壞的情況(即，7m)，因此，靜壓力為800X9.81X7 = 55，OOOPa(5