(57)【要約】  航空機燃料タンクの可燃性低減方法は、空気供給を膜フィルタに接触させること、空気供給から酸素と窒素とを膜に透過させること、及びフィルタから濾過空気を生成することを含む。濾過空気は、膜が６個以上の炭素原子を含有する炭化水素をすべて除去し、合計で０．００１ｐｐｍ  ｗ／ｗ以下を生成する結果としてフィルタから生成される。空気分離方法は、６個以上の炭素原子を含有する炭化水素への露出に起因する劣化に対して抵抗性の特性を呈する中空繊維膜を含有するフィルタに、空気を供給することを含む。フィルタは、膜全体に５ｐｓｉ未満の圧力低下を呈する。方法は、６個以上の炭素原子を含有する炭化水素への露出による劣化に対して感受性を呈する中空繊維膜を含有する空気分離モジュール中に、濾過空気を供給することを含む。【選択図】図１
2016501763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機燃料タンク（１４）の可燃性低減方法であって、
膜を含有するフィルタ（２２）に圧縮空気を供給することであって、前記圧縮空気中の汚染物質が６個以上の炭素原子を含有する炭化水素を含む、供給すること；
空気供給（１７）に前記膜を接触させ、前記空気供給から酸素及び窒素を前記膜に透過させて、前記膜が６個以上の炭素原子を含有する炭化水素をすべて除去して合計で０．００１ｐｐｍ  ｗ／ｗ以下を生成する結果として、前記フィルタ（２２）から濾過空気（２１）を生成すること；
前記濾過空気（２１）を空気分離モジュール（ＡＳＭ）（１２）に供給し、前記空気分離モジュール（１２）から窒素富化空気（１９）を生成すること；及び
前記窒素富化空気（１９）を、前記航空機搭載の前記燃料タンク（１４）に供給すること
を含む方法。
【請求項２】
前記フィルタ（２２）が、前記膜全体に５ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）未満の圧力低下を呈する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記膜が、前記６個以上の炭素原子を含有する炭化水素への露出に起因する劣化に対して抵抗性の特性を呈する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記膜が中空繊維膜を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記ＡＳＭ（１２）が中空繊維膜を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記ＡＳＭの中空繊維膜は、６個以上の炭素原子を含有する炭化水素への露出による劣化に対して感受性を呈する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
膜を含有する前記フィルタ（２２）の上流に膜を持たない粒子フィルタ（２６）を動作させることをさらに含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
航空機燃料タンク（１４）の可燃性低減システムであって、
空気源（１６）；
前記空気源（１６）から空気供給（１７）を受け取るように構成されたフィルタ（２２）；
前記フィルタ（２２）内の膜であって、前記膜全体にわたる５ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）の圧力低下において前記空気供給から酸素及び窒素を前記膜に透過させて、前記膜が６個以上の炭素原子を含有する炭化水素を除去する結果として前記フィルタ（２２）から濾過空気を生成するように構成された、膜；
前記フィルタ（２２）から濾過空気（２１）を受け取って、空気分離モジュール（１２）から窒素富化空気（１９）を生成するように構成された、前記空気分離モジュール（ＡＳＭ）（１２）；並びに
前記窒素富化空気（１９）を受け取るように構成された前記航空機搭載の燃料タンク（１４）
を備えるシステム。
【請求項９】
前記空気源（１６）は圧縮空気を供給するように構成されている、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記膜は、６個以上の炭素原子を含有する炭化水素をすべて除去し、合計で０．００１ｐｐｍ  ｗ／ｗ以下を生成するように構成されている、請求項８又は９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記膜が、前記６個以上の炭素原子を含有する炭化水素への露出に起因する劣化に対して抵抗性の特性を呈する、請求項８から１０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１２】
前記膜が中空繊維膜を含む、請求項８から１１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１３】
前記ＡＳＭ（１２）が中空繊維膜を含む、請求項８から１１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１４】
前記ＡＳＭ（１２）の中空繊維膜は、６個以上の炭素原子を含有する炭化水素への露出による劣化に対して感受性を呈する、請求項８から１３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１５】
前記膜を含有する前記フィルタ（２２）の上流に膜を持たない粒子フィルタ（２６）をさらに備える、請求項８から１４のいずれか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、膜を使用して航空機燃料タンク内の可燃性を低下させるための方法及びシステムと、膜を用いた空気分離方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機燃料タンク内の可燃性を低下させることを目的とする様々な既知のシステムが存在する。このようなシステムは、限定しないが、搭載型不活性ガス生成システム（ＯＢＩＧＧＳ）、窒素生成システム（ＮＧＳ）、可燃性低減システム（ＦＲＳ）、燃料タンク不活性システム（ＦＴＩＳ）などを含む任意の数の称号によって知られている。しかしながら、システム間に共通するのは、燃料タンク内に不活性ガスを供給することにより燃料タンクアレージの酸素含有量を低減させることである。多くの場合、システムは、不活性ガスのために窒素富化空気（ＮＥＡ）を生成する。酸素の割合が小さい空気は燃えにくい。
【０００３】
窒素富化空気を生成するために使用される不活性システムは、分離機構としての媒体からの圧力スイング吸着及び脱着、又は別の分離機構としてのポリマー膜による拡散により、酸素を除去する。ポリマー中空繊維膜を用いるシステムでは、圧縮空気がポリマー中空繊維のボアに入り、酸素がポリマー中空繊維の壁に透過する。透過した酸素は収集され、機外に排出される。残りの窒素富化残余分はボアを通って流れ、空気分離モジュールの生成ガス出口で収集されて、航空機燃料タンクへ分配される。残念なことに、空気分離モジュールの耐用年数とシステム動作条件とは、ガス分離モジュールの構造内に使用されるポリマーにより限界を有する。したがって、空気分離モジュールの信頼性を向上させることが望ましい。
【発明の概要】
【０００４】
一実施形態では、航空機燃料タンクの可燃性低減方法は、膜を含有するフィルタに圧縮空気を供給すること、空気供給を膜に接触させること、空気供給から酸素と窒素とを膜に透過させること、及びフィルタから濾過空気を生成することを含む。圧縮空気中の汚染物質には、６個以上の炭素原子を含有する炭化水素が含まれる。濾過空気は、膜が６個以上の炭素原子を含む炭化水素をすべて除去し、合計で０．００１パーツパーミリオン×重量／重量（ｐｐｍ  ｗ／ｗ）以下を生成する結果としてフィルタから生成される。この方法は、濾過空気を空気分離モジュールに供給すること、及び空気分離モジュールから窒素富化空気を生成することを含む。窒素富化空気は、航空機搭載の燃料タンクに供給される。
【０００５】
別の実施形態では、空気分離方法は、中空繊維膜を含有するフィルタに圧縮空気を供給すること、空気供給を中空繊維膜に接触させること、空気供給から酸素と窒素とを膜に透過させること、及びフィルタから濾過空気を生成することを含む。圧縮空気中の汚染物質には、６個以上の炭素原子を含有する炭化水素が含まれる。中空繊維膜は、炭化水素への露出に起因する劣化に対して抵抗性の特性を呈する。濾過空気は、膜が６個以上の炭素原子を含む炭化水素を除去する結果としてフィルタから生成される。さらに、フィルタは、膜全体に５ｐｓｉ未満の圧力低下を呈する。この方法は、濾過空気を、中空繊維膜を含有する空気分離モジュールに供給すること、及び空気分離モジュールから窒素富化空気を生成することを含む。ＡＳＭの中空繊維膜は、６個以上の炭素原子を含有する炭化水素への露出による劣化に対して感受性を呈する。
【０００６】
さらなる実施形態では、航空機燃料タンクの可燃性低減システムは、空気源、空気源から空気供給を受け取るように構成されたフィルタ、及びフィルタ内の膜を含む。膜は、膜全体にわたる５ｐｓｉ未満の圧力低下において空気供給から酸素及び窒素を膜に透過させ、膜が６個以上の炭素原子を含む炭化水素を除去する結果としてフィルタから濾過空気を生成するように構成されている。システムは、フィルタから濾過空気を受け取って窒素富化空気を生成するように構成された空気分離モジュールを含む。航空機搭載の燃料タンクは、窒素富化空気を受け取るように構成される。
【０００７】
上述のフィーチャ、機能及び利点は、様々な実施形態において独立に実現することが可能であるか、又はさらに別の実施形態において組み合わせることが可能である。これらの実施形態について、以下の記述及び添付図面を参照してさらに詳細に説明する。
【０００８】
さらに、本明細書は、以下の条項による実施形態を含む。
条項１  航空機燃料タンクの可燃性低減方法であって、
膜を含有するフィルタに圧縮空気を供給することであって、圧縮空気中の汚染物質に、６個以上の炭素原子を含有する炭化水素が含まれる、供給すること；空気供給を膜に接触させ、空気供給から酸素及び窒素を膜に透過させ、膜が６個以上の炭素原子を含有する炭化水素をすべて除去し、合計で０．００１ｐｐｍ  ｗ／ｗ以下を生成する結果として、フィルタから濾過空気を生成すること；
濾過空気を空気分離モジュール（ＡＳＭ）に供給し、空気分離モジュールから窒素富化空気を生成すること；及び
窒素富化空気を、航空機搭載の燃料タンクに供給すること
を含む方法。
条項２  フィルタが、膜全体に５ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）未満の圧力低下を呈する、条項１に記載の方法。
条項３  膜が、６個以上の炭素原子を含有する炭化水素への露出に起因する劣化に対して抵抗性の特性を呈する、条項１に記載の方法。
条項４  膜が中空繊維膜を含む、条項１に記載の方法。
条項５  ＡＳＭが中空繊維膜を含む、条項１に記載の方法。
条項６  ＡＳＭの中空繊維膜は、６個以上の炭素原子を含有する炭化水素への露出による劣化に対して感受性を呈する、条項５に記載の方法。
条項７  膜を含有するフィルタの上流に膜を持たない粒子フィルタを動作させることをさらに含む、条項１に記載の方法。
条項８  空気分離方法であって、
中空繊維膜を含有するフィルタに圧縮空気を供給することであって、圧縮空気中の汚染物質に、６個以上の炭素原子を含有する炭化水素が含まれ、中空繊維膜は、炭化水素への露出に起因する劣化に対して抵抗性の特定を呈する、供給すること；
空気供給を中空繊維膜に接触させ、空気供給から酸素及び窒素を膜に透過させて、膜が６個以上の炭素原子を含有する炭化水素を除去する結果としてフィルタから濾過空気を生成することであって、フィルタが、膜全体に５ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）未満の圧力低下を呈する、生成すること；
中空繊維膜を含有する空気分離モジュール（ＡＳＭ）に濾過空気を供給し、空気分離モジュールから窒素富化空気を生成することであって、ＡＳＭの中空繊維膜は、６個以上の炭素原子を含有する炭化水素への露出による劣化に対して感受性を呈する、供給すること
を含む方法。
条項９  フィルタ膜が６個以上の炭素原子を含有する炭化水素をすべて除去し、合計で０．００１ｐｐｍ  ｗ／ｗ以下を生成する、条項８に記載の方法。
条項１０  窒素富化空気を使用して航空機燃料タンクの可燃性を低減することをさらに含む、条項８に記載の方法。
条項１１  航空機燃料タンクの可燃性低減システムであって、
空気源；
空気源から空気供給を受け取るように構成されたフィルタ；
フィルタ内の膜であって、膜全体にわたる５ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）未満の圧力低下において空気供給から酸素及び窒素を膜に透過させて、膜が６個以上の炭素原子を含有する炭化水素を除去する結果としてフィルタから濾過空気を生成するように構成された膜；
フィルタから濾過空気を受け取って、空気分離モジュールから窒素富化空気を生成するように構成された空気分離モジュール（ＡＳＭ）；並びに
窒素富化空気を受け取るように構成された航空機搭載の燃料タンク
を備えるシステム。
条項１２  空気源は圧縮空気を供給するように構成されている、条項１１に記載のシステム。
条項１３  膜は、６個以上の炭素原子を含有する炭化水素をすべて除去し、合計で０．００１ｐｐｍ  ｗ／ｗ以下を生成するように構成されている、条項１１に記載のシステム。
条項１４  膜は、６個以上の炭素原子を含有する炭化水素への露出に起因する劣化に対して抵抗性の特性を呈する、条項１１に記載のシステム。
条項１５  膜は中空繊維膜を含む、条項１１に記載のシステム。
条項１６  ＡＳＭは中空繊維膜を含む、条項１１に記載のシステム。
条項１７  ＡＳＭの中空繊維膜は、６個以上の炭素原子を含有する炭化水素への露出による劣化に対して感受性を呈する、条項１６に記載のシステム。
条項１８  膜を含有するフィルタの上流に膜を持たない粒子フィルタをさらに備える、条項１１に記載のシステム。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
いくつかの実施形態について、添付図面を参照して以下に記載する。
【００１０】
【図１】一実施形態による、燃料タンクの可燃性低減システムの線図である。
【図２】別の実施形態による、燃料タンクの可燃性低減システムの線図である。
【図３】また別の実施形態による、燃料タンクの可燃性低減システムの線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
既知の航空機燃料タンクの可燃性低減システムは、圧縮空気源、圧縮空気源から空気供給を受け取るように構成された空気分離モジュール（ＡＳＭ）、及び空気分離モジュールから窒素富化空気を受け取るように構成された航空機搭載の燃料タンクを含む。丁寧な観察及び評価により、航空機上で利用可能な既知の圧縮空気源、例えばエンジン抽気は、様々なガス（炭化水素ガスを含む）及び液体、又は様々な大きさの固体エアロゾルにより汚染されている場合があることが示された。もっと大きな粒子も存在しうる。具体的には、エンジン抽気は、ジェット燃料、エンジン潤滑油、作動油、凍結防止剤、及び大気中、地上、及び高所に存在する他の汚染物質に由来する残留物及び分解産物を含むことが実証されている。最も多い汚染物質は、水素及び炭素のみを含有する炭化水素であるが、他の炭化水素及び他の汚染物質、例えばアルデヒド、ケトン、酸、及び他のガスが存在する場合もある。一般に、ガス分離膜は大きな炭化水素分子に対する感受性が高く、このような炭化水素分子の分解産物は、６個以上の炭素原子を含有することがさらに示された。
【００１２】
航空宇宙で使用されることが知られている空気分離モジュール（ＡＳＭ）は中空繊維膜を含有し、この膜は窒素に優先して酸素を膜に透過させる。透過しない分子は保持されて（残余分）、窒素富化空気と呼ばれる。しかしながら、動作環境では、ＡＳＭは、汚染及び繊維の自然な弛緩に起因する性能の低下を呈する。場合によっては、ＡＳＭは耐用年数の短縮も呈する。汚染物質は、ポリマー性能及び耐用年数に、様々に悪影響を与えうる。繊維の孔を、粒子が塞ぐことがある。液体が膜を覆い（境界層を形成する）、ポリマーを膨張させる、又は膜の完全性を損なうことがある。ポリマー溶媒は、ポリマー分離層又は分離層内部の層間剥離の一因になる場合があり、圧密化（分離層の厚みの増大）又は繊維変形に繋がる場合がある。ガスは自由体積を満たす場合がある、又は有意なレベルで、ゆっくりと膜表面まで蓄積し、透過度を低下させうる（特に、１５個を上回る炭素原子を有する重い炭化水素）。ガスは高濃度で可塑化又は抗可塑化を引き起こす可能性がある、又はポリマーの分子量を低下させる（ポリマー鎖を破壊する）可能性がある。加えて、中空繊維膜及び他の膜を形成するために使用されるポリマー材料は、６個以上の炭素原子を含有する炭化水素への露出に起因する劣化に対して感受性を呈しうる。
【００１３】
既知の航空機燃料タンクの可燃性低減システムは、粒子の除去を目的とした粒子フィルタを含むことができる、及び／又は液体エアロゾルフィルタのような別のフィルタを含むことができる。しかしながら、ＡＳＭ上流の既知のフィルタが、６個以上の炭素原子を含有する炭化水素又は固体エアロゾルを除去することは知られていない。
【００１４】
利用可能な圧力を最大化し、且つシステムの重量及びメンテナンスを最小化するために、既知の航空宇宙システムは、システム設計において、液体及び粒子の濾過を利用してガス状汚染物質（オゾン以外）に起因する性能低下を補償する。したがって、ＡＳＭ上流のフィルタが、６個以上の炭素原子を含有する炭化水素又は小さな液体若しくは固体粒子を除去すること、並びに５ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）未満の圧力低下を呈することは知られていない。関連して、このようなフィルタが高い透過性を呈することは知られていない。
【００１５】
さらに、中空繊維膜が空気から酸素を分離するためにＡＳＭに使用されることは知られているが、それらが航空機燃料タンクの可燃性低減システムの他のコンポーネント、例えばフィルタに使用されることは知られていない。したがって、圧縮空気源から受け取られた汚染物質に対して感受性のＡＳＭ内の中空繊維膜は、フィルタとして機能するとき圧縮空気源からの汚染物質に対してやはり感受性と思われる。このようなフィルタ内の膜は、ＡＳＭに見られるものと同じ耐用年数の限界を呈しうる。しかしながら、航空宇宙以外の用途において機能する膜の材料科学の進歩は、ＡＳＭ上流のフィルタに使用するために適した特徴を呈することを約束するものである。
【００１６】
具体的には、新規材料は、６個以上の炭素原子を含有する炭化水素への露出に起因する劣化に抵抗性であると思われる。このような材料は、空気からの酸素の除去に効率的に機能していないかもしれないが、小さな液体若しくは固体の粒子、及び６個以上の炭素原子を含有する炭化水素を除去する膜フィルタとして効率的に機能しうる。
【００１７】
この結果、既知の材料は、ＡＳＭ内の膜として使用するために選択し、空気から酸素を効率的に除去するように設計することが可能と考えられる。このような材料として適切でありうる既知のポリマーの例には、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリイミド、ポリスルホン、ポリカーボネート、並びに米国特許第８２４５９７８号（Ｂｅｅｒｓ）、及び同第７６９９９１１号（Ｚｈｏｕ）に記載されているようなものが含まれる。加えて、ＡＳＭ膜の材料とは異なる材料を、汚染物質を効率的に除去するための膜として、ＡＳＭ上流のフィルタ内に使用することができる。この場合、フィルタ内の膜の、６個以上の炭素原子を含有する炭化水素への露出による劣化に対する感受性は、ＡＳＭ内の膜より低いと思われる。それでも、ＡＳＭ内の膜は、フィルタ内の膜より効率的に空気から酸素を除去することができるであろう。膜フィルタの異なる材料は、このような使用に以前は知られていなかったと思われる。膜フィルタの残余分中に残る汚染物質は、ＡＳＭから単独で、又は透過物（酸素）と共に、後で何かに使用するために収集されるか、又は放出される。
【００１８】
本明細書の実施形態は、中空繊維膜ＡＳＭと共に使用されることに重点を置いて記載されるが、他のガス分離技術への適用可能性も有する。また、本明細書では航空機燃料タンクの可燃性低減システムという文脈で記載されるが、他のガス分離システムも記載される実施形態の概念の恩恵を受けることができる。
【００１９】
記載される膜フィルタは、既知のフィルタの下流に配置される。記載される膜フィルタは、既知のフィルタによって実行される粒子及び／又は液体エアロゾルの除去の恩恵を受けることができる。したがって、粒子膜フィルタの耐用年数は、既知の粒子及び／又は液体エアロゾルフィルタの下流に配置されたとしても、延長されうる。既知のフィルタを使用することに加えて又は代えて、膜フィルタは、一般に知られるような、蓄積された汚染物質を膜から洗浄することを補助するためのスイープガスフィーチャを取り込むことができる。
【００２０】
本明細書に記載される実施形態の一又は複数を使用して、ガス状汚染物質に起因する膜性能の劣化を制限することにより、ＡＳＭの耐用年数は延長され、システム性能は増大する。したがって、ＡＳＭを小型化し、重量及び空間を削減することができる。現在、ＡＳＭの大きさは、時間の経過に伴う性能低下を考慮した最終期（ｅｎｄ−ｏｆ−ｌｉｆｅ）性能に基づいて決定される。本明細書に記載される汚染物質に起因する膜への劣化を低減することにより、酸素を透過させるために利用可能な所与の表面積が、さらに長い時間にわたって維持される。耐用年数が延びる程、本明細書の実施形態なしで望まれるものと同じ耐用年数に達するために必要な表面積を低減させることができる。代わりに、同じ表面積を使用して、耐用年数の延長を実現してもよい。
【００２１】
既知の、航空宇宙以外の用途では、複数のフィルタを段階的に用いて、空気分離システム上流の汚染物質を効率的に除去することができる。複数のフィルタは、システムのコスト及びメンテナンス時間を増大させ、また本明細書の実施形態に応じて排除されても、又は数を減らしてもよい。航空宇宙以外の用途では、望まれない炭化水素を空気源から除去するための吸着剤として活性炭素が使用されることが知られている。しかしながら、活性炭素は、再生及び／又は活性炭素の濾過交換の追加的航空機メンテナンスコストの必要を考えると、航空宇宙の用途で使用するには不適切であると考慮される。加えて、膜の供給圧は、活性炭素フィルタの圧力低下に起因して低下し、これはガス分離膜の性能に悪影響を与える。さらに大きな重量及び体積の活性炭素を使用することで、頻繁に再生及び／又は交換を行わなくとも炭化水素の除去が可能である。そのため、大容量の活性炭素が提供されない場合、炭化水素除去媒体としての活性炭素の機能及び有用性は極めて限定される。
【００２２】
結果として、本明細書の実施形態は、ＡＳＭ内の膜を交換するための新規材料に焦点を当てる代わりに、汚染物質に対して感受性であるが空気分離に効果的な膜材料を用いて既知の技術を保持するというアプローチをとる。既知の技術と、Ｏ２／Ｎ２分離に不適切であるが（例えば、Ｏ２及びＮ２の高い透過性及び低い感受性）、分子量の大きな汚染物質を透過させないことに焦点を当てた膜フィルタの材料とを組み合わせることができる。膜技術の恩恵は、両方の面で達成される。
【００２３】
一実施形態では、航空機燃料タンクの可燃性低減方法は、膜を含有するフィルタに圧縮空気を供給すること、空気供給を膜に接触させること、空気供給から酸素と窒素とを膜に透過させること、及びフィルタから濾過空気を生成することを含む。圧縮空気中の汚染物質には、６個以上の炭素原子を含有する炭化水素が含まれる。濾過空気は、膜が６個以上の炭素原子を含有する炭化水素をすべて除去し、合計で０．００１パーツパーミリオン×重量／重量（ｐｐｍ  ｗ／ｗ）以下を生成する結果としてフィルタから生成される。この方法は、濾過空気を空気分離モジュールに供給すること、及び空気分離モジュールから窒素富化空気を生成することを含む。窒素富化空気は、航空機搭載の燃料タンクに供給される。
【００２４】
例として、フィルタは、膜全体に５ｐｓｉ未満の圧力低下を呈しうる。膜は、６個以上の炭素原子を含有する炭化水素への露出に起因する劣化に対して抵抗性の特性を呈しうる。一選択肢として、膜は、ポリマーを主成分とする中空繊維膜を含むことができる。ＡＳＭは、中空繊維膜も含むことができる。ＡＳＭの中空繊維膜は、６個以上の炭素原子を含有する炭化水素への露出に起因する劣化に対して感受性を呈しうる。方法は、膜を含有するフィルタの上流に膜を持たない粒子フィルタを動作させることをさらに含むことができる。
【００２５】
劣化に対する感受性は、ガス状汚染物質（オゾン以外）により透過性を低下させる可能性があり、ポリマーによって変動しうる。ポリマーの自由体積が大きい程、性能は高いが、占有すべき自由体積を多く含むため、汚染物質に起因する透過性の低下が大きい。膜濾過を使用することで、そうでなければ繊維の自然な弛緩及びガス状汚染物質に起因して約２０％以上の透過性低下を被るＡＳＭ内の特定ポリマーの実用性が向上しうる。膜濾過を含む本明細書の実施形態を使用しないと、このようなポリマーは、システムサイジングにおいて透過性低下を補償するには実用的でなくなるのに十分に大きな性能低下を呈しうる。システム設計において実用上補償されうる程度の透過性の低下を有する膜ポリマーは、小規模な低下はシステムコンポーネントのサイジングに好影響を与えるため、依然として本明細書に記載されるような膜濾過の恩恵を受けうる。
【００２６】
別の実施形態では、空気分離方法は、中空繊維膜を含有するフィルタに圧縮空気を供給すること、空気供給を中空繊維膜に接触させること、空気供給から酸素と窒素とを膜に透過させること、及びフィルタから濾過空気を生成することを含む。圧縮空気中の汚染物質には、６個以上の炭素原子を含有する炭化水素が含まれる。中空繊維膜は、炭化水素への露出に起因する劣化に対して抵抗性の特性を呈する。濾過空気は、膜が６個以上の炭素原子を含有する炭化水素を除去する結果としてフィルタから生成される。さらに、フィルタは、膜全体に５ｐｓｉ未満の圧力低下を呈する。この方法は、濾過空気を、中空繊維膜を含む空気分離モジュールに供給すること、及び空気分離モジュールから窒素富化空気を生成することを含む。ＡＳＭの中空繊維膜は、６個以上の炭素原子を含有する炭化水素への露出による劣化に対して感受性を呈する。
【００２７】
例として、フィルタ膜が６個以上の炭素原子を含有する炭化水素をすべて除去し、合計で０．００１ｐｐｍ  ｗ／ｗ以下を生成する。また、方法は、窒素富化空気を使用して航空機燃料タンクの可燃性を低減することを含む。
【００２８】
さらなる実施形態では、航空機燃料タンクの可燃性低減システムは、空気源、空気下から空気供給を受け取るように構成されたフィルタ、及びフィルタ内の膜を含む。膜は、膜全体にわたる５ｐｓｉ未満の圧力低下において空気供給から酸素及び窒素を膜に透過させ、膜が６個以上の炭素原子を含有する炭化水素を除去する結果としてフィルタから濾過空気を生成するように構成されている。システムは、フィルタから濾過空気を受け取って窒素富化空気を生成するように構成された空気分離モジュールを含む。航空機搭載の燃料タンクは、窒素富化空気を受け取るように構成される。
【００２９】
例として、空気源は圧縮空気を提供するように構成することができる。膜は、６個以上の炭素原子を含有する炭化水素をすべて除去して、合計で０．００１ｐｐｍ  ｗ／ｗ以下を生成するように構成することができる。膜は、６個以上の炭素原子を含有する炭化水素への露出に起因する劣化に対して抵抗性の特性を呈しうる。一選択肢として、膜は、ポリマーを主成分とする中空繊維膜を含むことができる。ＡＳＭは、中空繊維膜も含むことができる。空気分離モジュールは、６個以上の炭素原子を含有する炭化水素への露出による劣化に対して感受性を呈する中空繊維膜を含むことができる。システムは、膜を含有するフィルタの上流に膜を持たない粒子フィルタをさらに含むことができる。
【００３０】
図１は、燃料タンクの可燃性低減システム１０の線図である。システム１０において、圧縮空気源１６は、膜フィルタ２２に空気供給１７を提供する。膜フィルタ２２は、濾過空気２１と、空気供給１７から除去された汚染物質を含有する残余ガス２４とを生成する。膜フィルタ２２は、６個以上の炭素原子を含有する炭化水素をすべて除去して、合計で０．００１ｐｐｍ  ｗ／ｗ以下を生成する。さらに、膜フィルタ２２は、その膜全体に５ｐｓｉ未満の圧力低下を呈する。さらに、その膜は、６個以上の炭素原子を含有する炭化水素への露出に起因する劣化に対して抵抗性の特性を呈しうる。一例として、膜は中空繊維膜でよい。
【００３１】
下流の空気分離モジュール１２は、濾過空気２１を受け取って、透過ガス１８と共に窒素富化空気１９を生成する。空気分離モジュール１２は、中空繊維膜を含むことができる。膜は、６個以上の炭素原子を含有する炭化水素への露出による劣化に対して感受性を呈する。膜フィルタ２２による残余ガス２４中の汚染物質の除去を前提に、空気分離モジュール１２は、膜（図示しない）を通して透過ガス１８へと、さらに効率的に酸素を透過させることができる。可燃性を低減させるために、燃料タンク１４に窒素富化空気１９が提供される。
【００３２】
図２は、システム１０のすべての要素を含み、さらに粒子フィルタ２６を含む燃料タンクの可燃性低減システム２０の線図である。図示していないが、粒子フィルタ２６は、さらに液体エアロゾルフィルタとして機能することができるか、又は別個の液体エアロゾルフィルタを、システム２０の粒子フィルタ２６の上流若しくは下流に加えることができる。粒子フィルタ２６は、膜フィルタ２２に濾過空気２３を提供する。システム２０では、粒子フィルタ２６は、膜フィルタ２２内の膜（図示しない）の有効表面積を制限しうる大きな粒子及び液体エアロゾルのような汚染物質を除去することにより、膜フィルタ２２の耐用年数を延ばすことができる。
【００３３】
図３は、図１に示されるシステム１０のすべての要素を含み、加えて熱交換器３２を含む航空機燃料タンクの可燃性低減システム３０の線図である。多くの場合、既知の圧縮空気１６は、空気分離モジュール１２内の膜及び／又は膜フィルタ２２内の膜には適さない高温で空気供給１７を提供する。下流のコンポーネント内の膜に対する熱損傷を低減するために、冷却空気供給３４を生成する熱交換器３２が使用される。代替的に、圧縮空気源１６が、温度が低すぎるために下流のコンポーネント内の膜の性能を制限する温度で空気供給１７を提供することが考慮可能である。このような場合には、熱交換器３２は代わりに加熱空気供給（図示しない）を生成する。さらに、膜フィルタ２２内の膜及び空気分離モジュール１２内の膜を、異なる温度範囲で最も効率的に動作させることを考慮してもよい。この場合、熱交換器３２が代わりに膜フィルタ２２と空気分離モジュール１２との間に配置されるか、又はそれぞれの膜の温度範囲に適合させるために追加の熱交換器が供給される。またさらに考慮可能であるのは、膜フィルタ２２及び空気分離モジュール１２が複数の温度で動作可能な膜を含み、熱交換器３２を代わりに空気分離モジュールの下流に位置させて、燃料タンク１４に提供される前の窒素富化空気１９を冷却することである。
【００３４】
上述のシステム１０、２０、及び３０はそれぞれ燃料タンク１４を含むが、代わりに空気分離システムのような異なるシステムの異なるコンポーネントに窒素富化空気１９が供給されることが上述の説明と矛盾しないことに注意されたい。図１〜３は本明細書に記載されるシステムの種々の可能な実施形態を示しているが、図１〜３のフィーチャ及び本明細書に記載される他のフィーチャのさらなる組合せが考慮されることを理解されたい。
【００３５】
法令に則り、構造的及び系統的フィーチャに関してある程度具体的な言葉で実施形態を記載した。しかしながら、実施形態は、図示及び記載された特定のフィーチャに限定されない。したがって、実施形態は、均等論に従って適切に解釈される適正な特許請求の範囲内の形態又は修正形態のいずれかにおいて特許請求される。
【符号の説明】
【００３６】
１０    システム
１２    空気分離モジュール
１４    燃料タンク
１６    圧縮空気源
１７    空気供給
１８    透過ガス
１９    窒素富化空気
２０    システム
２１    濾過空気
２２    膜フィルタ
２３    濾過空気
２４    残余ガス
２６    粒子フィルタ
３０    システム
３２    熱交換器
３４    冷却空気供給
【図１】
2016501763.tif 000003
【図２】
2016501763.tif 000004
【図３】
2016501763.tif 000005
【国際調査報告】
2016501763.tif 000006
2016501763.tif 000007
2016501763.tif 000008