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CN113813689B - 飞机燃料冰捕获过滤器壳体、飞机燃料冰捕获过滤器装置和使用方法 - Google Patents

飞机燃料冰捕获过滤器壳体、飞机燃料冰捕获过滤器装置和使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了飞机燃料冰捕获过滤器装置壳体、飞机燃料冰捕获过滤器装置和使用方法。

Description

飞机燃料冰捕获过滤器壳体、飞机燃料冰捕获过滤器装置和 使用方法
技术领域
本发明涉及飞机燃料冰捕获过滤器壳体、飞机燃料冰捕获过滤器装置和使用方法。
背景技术
例如在水分积聚在飞机燃料箱中并且当燃料箱暴露于寒冷条件时例如当飞机在高空飞行时水分冻结成冰的情况下，冰可能存在于飞机燃料中。在某些情况下，燃料中的冰(例如冰晶)量会影响燃料通过飞机燃料-油热交换器和/或飞机燃料过滤器的流动，而中断或不利地影响飞机发动机的性能。
需要用于从飞机燃料中去除冰的改进的燃料过滤器装置。
发明内容
本发明至少减轻了现有技术的一些缺点。通过下面的描述，本发明的这些和其它优点将变得明显。
本发明的实施例提供了一种飞机燃料冰捕获过滤器装置壳体，其包括：(a)飞机燃料入口；(b)飞机燃料出口；以及(c)壳体主体，其从飞机燃料入口接收飞机燃料流，壳体主体包括圆柱形元件，该圆柱形元件具有中心腔、内表面、外表面和竖直轴线；圆柱形元件具有处于内表面上的多个间隔开的冰过滤器，所述多个间隔开的冰过滤器中的每一个都具有前端部、后端部、顶壁、第一侧和第二侧以及穿过顶壁的多个孔，其中在所述多个间隔开的冰过滤器中的每一个的前端部处，顶壁相对于内表面升高一段距离，以形成与飞机燃料流垂直地布置的开口；其中飞机燃料入口布置成大致垂直于圆柱形元件的竖直轴线并且配置为提供围绕圆柱形元件的切向飞机燃料流；并且其中圆柱形元件配置为接收包括多孔元件的飞机燃料过滤器。
根据本发明实施例的飞机燃料冰捕获过滤器装置包括飞机燃料冰捕获过滤器装置壳体的实施例，其中飞机燃料入口和飞机燃料出口限定穿过飞机燃料冰捕获过滤器装置壳体的流体流动路径，并且飞机燃料冰捕获过滤器装置还包括飞机燃料过滤器，该飞机燃料过滤器包括跨越流体流动路径布置在壳体中的多孔飞机燃料过滤元件。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种过滤飞机燃料的方法，该方法包括使飞机燃料穿过飞机燃料冰捕获过滤器装置的实施例，其中一部分飞机燃料穿过所述多个间隔开的冰捕获过滤器的孔。
在该方法的优选实施例中，飞机燃料包括冰，并且该方法包括在所述多个间隔开的冰捕获过滤器中捕获冰。
附图说明
图1A是根据本发明实施例的包括飞机燃料入口和多个间隔开的冰捕获过滤器的示例性飞机燃料冰捕获装置壳体主体(其中顶盖已被移除)的顶部等距视图，还示出了用于飞机燃料入口流的圆柱形元件中的切口；图1B是没有冰捕获过滤器的示例性飞机燃料冰捕获装置壳体主体的俯视等距视图；图1C是图1A的示例性飞机燃料冰捕获装置壳体主体的俯视等距视图，还包括飞机燃料过滤器。
图2A-2C是根据本发明实施例的单独冰过滤器的视图。图2A是俯视图；图2B是前视图；图2C是等距视图。
图3A是包括壳体和飞机燃料过滤器的组装好的飞机燃料冰捕获装置的等距侧视图，示出了飞机燃料冰捕获装置壳体顶盖、飞机燃料入口、飞机燃料出口和过滤器的一部分；图3B示出了俯视透视图；
图3C示出了装置的俯视图；图3D示出了沿图3C的线A-A截取的截面图；图3E示出了沿图3D中的线C-C截取的截面图，还示出了中空圆柱形飞机燃料过滤器是褶皱式过滤器；图3F是过滤器的局部侧视剖视图，还示出了内芯部和外包裹物。
图4A-4C是另一种飞机燃料冰捕获装置的外视图，还示出了飞机燃料入口和飞机燃料出口。图4A是等距侧视图；图4B是前视图；图4C是仰视图。
具体实施方式
本发明的实施例提供了一种飞机燃料冰捕获过滤器装置壳体，其包括：(a)飞机燃料入口；(b)飞机燃料出口；(c)壳体主体，其从飞机燃料入口接收飞机燃料流，壳体主体包括圆柱形元件，该圆柱形元件具有中心腔、内表面、外表面、竖直轴线；以及处于内表面上的多个间隔开的冰捕获过滤器，所述多个间隔开的冰捕获过滤器中的每一个都具有前端部、后端部、顶壁、第一侧、第二侧、开口底部和穿过顶壁的多个孔，其中在所述多个间隔开的冰捕获过滤器中的每一个的前端部处，顶壁相对于圆柱形元件的内表面升高一段距离，以形成与飞机燃料流垂直地布置的开口；其中飞机燃料入口布置成大致垂直于圆柱形元件的竖直轴线并且配置为提供围绕圆柱形元件的切向飞机燃料流；并且其中圆柱形元件配置为接收包括多孔飞机燃料过滤元件的飞机燃料过滤器。
根据本发明实施例的飞机燃料冰捕获过滤器装置包括飞机燃料冰捕获过滤器装置壳体的实施例，其中飞机燃料入口和飞机燃料出口限定穿过飞机燃料冰捕获过滤器装置壳体的流体流动路径，并且飞机燃料冰捕获过滤器装置还包括飞机燃料过滤器，该飞机燃料过滤器包括跨越流体流动路径布置在壳体中的多孔飞机燃料过滤元件。
本发明的实施例提供了一种包括飞机燃料冰捕获过滤器装置壳体的飞机燃料冰捕获过滤器装置，其包括：(a)飞机燃料入口；(b)飞机燃料出口；(c)壳体主体，其从飞机燃料入口接收飞机燃料流，壳体主体包括圆柱形元件，该圆柱形元件具有中心腔、内表面、外表面、竖直轴线；圆柱形元件具有多个间隔开的冰捕获过滤器，所述多个间隔开的冰捕获过滤器中的每一个都具有前端部、后端部、顶壁、第一侧、第二侧、底部开口和穿过顶壁的多个孔，其中在所述多个间隔开的冰捕获过滤器中的每一个的前端部处，顶壁相对于圆柱形元件的内表面升高一段距离，以形成与飞机燃料流垂直地布置的开口；其中飞机燃料入口布置成大致垂直于圆柱形元件的竖直轴线并且配置为提供围绕圆柱形元件的切向飞机燃料流；以及飞机燃料过滤器，其包括布置在壳体中的多孔飞机燃料过滤元件。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种过滤飞机燃料的方法，该方法包括使飞机燃料穿过飞机燃料冰捕获过滤器装置的实施例，其中一部分飞机燃料穿过所述多个间隔开的冰捕获过滤器的孔。
在该方法的优选实施例中，飞机燃料包括冰，并且该方法包括在所述多个间隔开的冰捕获过滤器中捕获冰。
在该方法的一些实施例中，该方法还包括使融化的冰穿过飞机燃料冰捕获过滤器装置的出口。
有利地，可以使用较小的过滤器和过滤器装置，因为过滤器不需要针对冰保持容量而设计，从而提供减少的占地面积和减少的重量。
根据本发明的过滤器和过滤器装置在多种条件下捕获冰，包括当前的行业标准，飞机燃料系统和部件结冰测试SAE ARP1401B(2012年6月6日)，包括总水为288ppm的水浓度测试“紧急系统操作”，以及在85+5°F时在水饱和度之上2立方厘米/加仑的“带旁路功能的过滤器操作”。
现在将在下面更详细地描述本发明的每个部件，其中相似的部件具有相似的附图标记。
图1A示出了飞机燃料冰捕获装置壳体1000的实施例，其包括：飞机燃料入口1；飞机燃料出口2(如图3A所示)；和壳体主体10，其包括布置在壳体主体上的多个间隔开的冰捕获过滤器100(图1B示出了没有冰捕获过滤器的壳体主体；图1C示出了包括壳体1000的飞机燃料冰捕获装置2000，该壳体容纳飞机燃料过滤器200和飞机燃料过滤元件201)。壳体主体适于从飞机燃料入口接收飞机燃料流，其中壳体主体(或碗状体)10包括圆柱形元件，该圆柱形元件具有中心腔11、内表面12、外表面13和竖直轴线A-A。
如下关于图2B和2C更详细地描述的，在冰过滤器的底部处，壳体主体10的内表面12的相关部分提供冰捕获过滤器100的底部，从而提供冰捕获袋102。
飞机燃料入口1(包括提供穿过内表面12的端口的切口)被布置成大致垂直于圆柱形元件的竖直轴线并且被配置为围绕圆柱形元件的内表面提供切向飞机燃料流；并且其中圆柱形元件被配置为接收包括多孔飞机燃料过滤元件201的飞机燃料过滤器200，以提供飞机燃料冰捕获装置2000(见图1C、3D和3E)。
在一些实施例中，飞机燃料入口1被配置为当切向燃料入口内直径为约2英寸时提供围绕圆柱形元件的内表面的至少约0.55m/s的切向飞机燃料流。本领域技术人员将认识到，较小的飞机发动机通常具有较低的燃料流量并且入口直径将减小以最小化系统的尺寸和重量。有利地，入口处的切向流赋予高速流体旋转，迫使飞机燃料流向圆柱形元件的内表面12。由于冰和水的密度高于飞机燃料的密度，因此入口处的切向流允许冰/水从飞机燃料中离心分离。
如图2A-2C所示，所述多个间隔开的冰捕获过滤器100中的每一个布置在壳体主体的内表面上，每个冰过滤器具有前端部105、后端部106、顶壁107、第一侧108A、第二侧108B和由内表面12形成的底部101、以及至少穿过顶壁的多个孔110(在这些图中，孔也穿过后端部，并且在一些实施例(未示出)中，穿过第一侧和第二侧)，其中，尤其如图2B和2C所示，顶壁在所述多个间隔开的冰捕获过滤器面中的每一个的前端部处相对于壳体主体10的内表面12升高一段距离，形成与进入的飞机燃料流垂直布置的开口102A。
典型地，单独的冰捕获过滤器具有约0.23英寸(约5.8mm)的最小长度(从前端部105到后端部106)、约0.23英寸(约5.8mm)的最小高度(从表面12到顶壁107的前端部105)、约0.26英寸(约6.6mm)的最小宽度(从第一侧108A到第二侧108B)。通常，开口102A至少约为0.20英寸(约5mm)。
各个冰捕获过滤器是间隔开的。结果，流进入壳体并被分成有冰捕获和没有冰捕获的区域。没有冰捕获装置的区域将减少速度变化，这是因为流围绕圆柱形元件的内部切向旋转。将壳体上部部分处的冰捕获过滤器隔开也可以避免冰捕获过滤器之间的冰桥，冰桥可能会阻止燃料流动。
优选地，假设飞机燃料过滤器与圆柱形元件的内直径是同心的，则基于飞机燃料过滤器的外直径(OD)和圆柱形元件的内直径(ID)之间的预定间隙G(见图3E)，单独的冰捕获过滤器具有最大高度。举例说明，如果圆柱形元件的内直径为4英寸(约102mm)，而飞机燃料过滤器的外直径为3.5英寸(约89mm)，则最大冰过滤器高度应为约0.25英寸(约6mm)以防止干扰。
每个冰过滤器中存在的孔110使飞机燃料入口1处的停滞压力最小化。虽然图2A将孔图示为环形形状并布置成平行的水平行，但是孔可以具有其它形状并且布置成其它构造。例如，孔的形状可以是椭圆形的，并且椭圆形是竖直地、水平地或成一定角度地排列的。单独的孔可以从前端部延伸到后端部或从第一侧延伸到第二侧。过滤器可以具有形状组合的孔。典型地，单独的孔的直径在约0.06英寸(约1.5mm)至约0.12英寸(约3mm)的范围内。单独的孔的深度通常等于壁的厚度，例如在约0.04英寸(约1mm)至约0.25英寸(约6mm)的范围内。
飞机燃料过滤器200和飞机燃料过滤元件201可以具有任何合适的孔结构，例如孔尺寸(例如，如通过鼓泡点所证实的，或者如例如美国专利4,340,479中所描述的那样通过KL所证实的，或者通过毛细管冷凝流孔法所证实的)、孔等级、孔径(例如，使用例如美国专利4,925,572中所述的改进的OSUF2测试为特征)、或者当流体穿过元件时降低或允许一种或多种目标物质通过的去除率。
飞机燃料过滤器可包括可具有不同结构和/或功能的附加元件、层或部件，例如以下任何一种或多种中的至少一种：预过滤、支撑、排放、间隔和缓冲。说明性地，飞机燃料过滤器还可以包括至少一个附加元件，例如芯部、网和/或筛网。在图3F所示的实施例中，过滤器具有内芯部和外包裹物。
根据本发明的实施例，飞机燃料过滤器包括至少一个多孔飞机燃料过滤元件。飞机燃料过滤元件通常包括纤维介质。飞机燃料过滤器和/或飞机燃料过滤元件可具有多种构造，包括褶皱式的和/或中空的圆柱形。在一个优选实施例中，如图3D-3F所示，飞机燃料过滤器具有中空圆柱形褶皱构造。
可以采用具有合适形状、提供入口和出口以及用于飞机燃料过滤器的腔的任何壳体。图3A、3B和4A-4C示出了各种壳体。
如关于图1A和3A所示的实施例所描述的，每个壳体具有：飞机燃料入口；和飞机燃料出口；以及包括圆柱形元件的壳体主体，该圆柱形元件包括多个间隔开的冰捕获过滤器(例如，如上文关于图1A所述)，其中飞机燃料入口布置成大体垂直于圆柱形元件的竖直轴线并且构造成提供围绕圆柱形元件的内表面的切向飞机燃料流，包括多孔飞机燃料过滤元件的飞机燃料过滤器可以布置在壳体的中心腔中。
使用图3A-3F作为参考，飞机燃料过滤器200设置飞机燃料冰捕获装置壳体1000中，处于腔11内，壳体1000包括入口1和出口2并在入口和出口之间限定飞机燃料流体流动路径，其中飞机燃料过滤器200横跨飞机燃料流体流动路径，以提供飞机燃料冰过滤器装置2000。
壳体可以由任何合适的刚性不渗透材料制成，该材料与被过滤的飞机燃料兼容。例如，壳体可以由诸如铝、镁、不锈钢的金属制成或者由包括金属的复合材料制成。如果需要，壳体可以通过例如铸造、增材制造、挤压和光聚合来制造。
例如，壳体可以是整体式的，通过增材制造(有时称为“增材层制造”或“3D打印”)制造，通常通过重复沉积与可活化粘合剂结合在一起的金属粉末(例如，粘合剂喷射，有时也称为“液滴沉积于粉末”)而形成，通常随后例如通过烧结将粉末附聚。其它合适的方法包括挤出(例如，糊料挤出、熔融长丝制造和熔融沉积模制)和光聚合(例如，立体光刻设备(SLA)和数字光处理(DLP))。
可以使用任何合适的增材制造设备，并且各种生产3D打印机都是合适的且可以在市场上买到。
本文引用的所有参考文献，包括出版物、专利申请和专利，均以引用的方式并入本文，就如同每个参考文献均被单独地且具体地指示为通过引用并入本文并在此全文阐述一样。
在描述本发明的上下文中(特别是在所附权利要求的上下文中)，术语“一”和“该”、“所述”和“至少一个”以及类似指代的使用应被解释为涵盖两个方面：单数和复数，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。术语“至少一个”后面所跟随的一个或多个项目的列表(例如，“A和B中的至少一个”)应理解为是指从所列项目(A或B)中选择的一个项目，或者两个或更多个所列项目(A和B)的任意组合，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。除非另有说明，否则术语“包括”、“具有”、“包含”和“带有”应被解释为开放式术语(即，意思是“包括但不限于”)。除非在此另外指出，否则本文中数值范围的列举仅旨在用作分别指代落入该范围内的每个单独值的简写方法，并且每个单独值都被并入说明书中，如同其在本文中被单独叙述一样。除非本文另外指出或与上下文明显矛盾，否则本文描述的所有方法可以以任何合适的顺序执行。除非另外要求，否则本文提供的任何和所有示例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅旨在更好地阐明本发明，并且不对本发明的范围构成限制。说明书中的任何语言都不应解释为指示任何未要求保护的要素对于实施本发明必不可少。
本文描述了本发明的优选实施例，包括发明人已知的用于实施本发明的最佳模式。通过阅读前述说明，那些优选实施例的变型对于本领域普通技术人员而言将变得显而易见。发明人期望熟练的技术人员适当地采用这样的变型，并且发明人希望以不同于本文具体描述的方式来实践本发明。因此，本发明包括适用法律所允许的所附权利要求书中所述主题的所有修改和等同形式。而且，除非本文另外指出或与上下文明显矛盾，否则本发明涵盖上述元件在其所有可能的变化中的任何组合。

Claims (5)

1.一种飞机燃料冰捕获过滤器装置壳体，其包括：
(a)飞机燃料入口；
(b)飞机燃料出口；以及
(c)壳体主体，其从飞机燃料入口接收飞机燃料流，壳体主体包括圆柱形元件，该圆柱形元件具有中心腔、内表面、外表面和竖直轴线；圆柱形元件具有处于内表面上的多个间隔开的冰过滤器，所述多个间隔开的冰过滤器中的每一个都具有前端部、后端部、顶壁、第一侧和第二侧以及穿过顶壁的多个孔，其中在所述多个间隔开的冰过滤器中的每一个的前端部处，顶壁相对于内表面升高一段距离，以形成与飞机燃料流垂直地布置的开口；
其中飞机燃料入口布置成大致垂直于圆柱形元件的竖直轴线并且配置为提供围绕圆柱形元件的切向飞机燃料流；并且
其中圆柱形元件配置为接收包括多孔元件的飞机燃料过滤器。
2.一种飞机燃料冰捕获过滤器装置，其包括：
根据权利要求1所述的飞机燃料冰捕获过滤器装置壳体；和
飞机燃料过滤器，其包括布置在壳体中的多孔飞机燃料过滤元件。
3.一种过滤飞机燃料的方法，该方法包括使飞机燃料穿过根据权利要求2所述的飞机燃料冰捕获过滤器装置。
4.根据权利要求3所述的方法，其中飞机燃料包括冰，并且所述方法包括在所述多个间隔开的冰捕获过滤器中捕获冰，以及允许一部分飞机燃料穿过所述多个间隔开的冰捕获过滤器。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其还包括使融化的冰穿过飞机燃料冰捕获过滤器装置壳体的飞机燃料出口。
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